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上海交大研发“边做边想”砂型3D打印智能实验系统 实验效率提升达3个数量级
2026年06月23日 13:20:51
来源：化工仪器网 点击量：4731
上海交通大学力学无人实验系统研发团队融合自动化与人工智能技术，成功开发具备自进化能力的砂型3D打印智能实验系统Ex3DSP，破解增材制造高维非线性实验难题，相关成果已发表于顶级学术期刊《国家科学评论》。
近日，上海交通大学机械与动力工程学院力学无人实验系统研发团队在砂型3D打印领域取得重要技术突破，团队打造的Ex3DSP砂型3D打印智能实验系统首创 “边做边想” 的自进化实验模式，为增材制造领域长期存在的多参数耦合、多目标冲突的高维非线性实验难题提供了全新解决方案，相关研究成果发表于学术期刊《国家科学评论》。
砂型3D打印是精密铸造向智能制造升级的核心技术方向，我国自主研发的砂型3D打印设备已实现出口欧美市场，但成形质量始终是行业核心瓶颈。传统工艺优化依赖人工遍历试错，参数变量组合庞大、性能目标相互制约，导致研发周期长、实验成本高，难以满足产业快速降本增效的需求。
此次研发的Ex3DSP系统以自动化实验平台为基础支撑标准化数据生产，以人工智能算法为核心驱动精准化数据分析，构建起“设计—制备—表征—分析”的全闭环自进化优化体系。系统集成了砂型打印、清理、力学性能测试、透气性检测、发气量测试等多工位自动化表征模块，通过移动机器人实现样品全流程自动流转，无需人工干预即可完成从工艺参数生成到性能指标检测的完整实验循环。
在以3目标3变量的工艺优化验证实验中，该系统仅通过60组实验即成功构建出帕累托最优前沿，实验效率相比传统模式提升达3个数量级。依托智能算法的参数寻优能力，团队还揭示了微滴喷射动力学多参数协同机制、砂型强度—脆性权衡规律等核心调控原理，最终实现砂型力学性能提升103.5%、发气量降低45.3%、透气性提升25.3%，下游应用端铸件综合性能提升385%。
作为无人实验系统在增材制造领域的典型应用，该方案不仅大幅压缩了砂型3D打印的工艺研发周期，也为材料表征检测设备的自动化、智能化升级提供了参考路径。当前增材制造产业快速扩张，配套的粉末性能检测、尺寸精度测量、内部缺陷探伤等分析仪器需求持续增长，“AI+自动化检测”的一体化实验模式，正成为科研与产业端共同的发展方向。
该研究由上海交通大学牵头，联合宁夏大学、广州国家实验室共同完成，获得国家自然科学基金、上海市自然科学基金资助。团队核心成员胡松涛副教授表示，后续将在自进化框架中加入仿真预筛选环节，构建“干湿融合”实验体系，并引入智能体作为系统驱动引擎，最终实现完全无人自治的自进化实验平台，进一步推动无人实验技术的产业化落地。
资料来源：科技日报
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