荷蘭K3D推出多孔金屬3D打印刀具，“空氣屏障”解決面團切割粘連難題

南極熊導(dǎo)讀：在食品加工行業(yè)，尤其是面團處理環(huán)節(jié)中，切割設(shè)備的性能對生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。長期以來，生產(chǎn)商一直面臨一個普遍難題——面團在切割過程中容易粘附在刀具上。這不僅導(dǎo)致切口不干凈，影響面團的形狀和后續(xù)發(fā)酵，還需頻繁清洗設(shè)備以保證衛(wèi)生與切割效果，進而造成了不必要的時間與經(jīng)濟成本。

2025年4月8日，南極熊獲悉，為解決這一頑疾，荷蘭的合同制造商 K3D 聯(lián)合機械專家，開發(fā)出了一種革命性的金屬3D打印多孔刀片，憑借精妙可控的工程孔隙結(jié)構(gòu)和氣壓輔助系統(tǒng)，有效防止面團粘附刀面，實現(xiàn)更干凈高效的切割過程。

K3D 公司的創(chuàng)新之路

K3D 是一家專注于金屬 3D 打印的合同制造商，其母公司 Royal Kaak 是一家為工業(yè)烘焙行業(yè)提供設(shè)備和解決方案的知名企業(yè)。RoyalKaak 旗下的 K3D 在十年前涉足增材制造領(lǐng)域，旨在通過先進的 3D 打印技術(shù)為母公司及其他行業(yè)客戶提供更具創(chuàng)新性和高效性的產(chǎn)品和服務(wù)。

在 3D 打印技術(shù)的發(fā)展過程中，K3D也曾面臨諸多挑戰(zhàn)，其中之一便是孔隙率問題。在金屬 3D 打印中，孔隙率通常被視為缺陷，因為它可能導(dǎo)致部件的機械性能下降。然而，K3D 的技術(shù)團隊通過不斷研究和實踐，成功掌握了控制孔隙率的技術(shù)，并將其應(yīng)用于實際產(chǎn)品中，開發(fā)出了具有工程孔隙度的多孔刀片。

創(chuàng)新設(shè)計：3D打印+工程孔隙+氣壓輔助

K3D 所研發(fā)的刀具最大亮點在于其采用了激光粉末床熔合（LPBF）技術(shù)。這種技術(shù)通過激光束逐層熔化金屬粉末，構(gòu)建出所需的刀片形狀。在打印過程中，K3D的技術(shù)團隊通過精確控制激光功率、激光速度、層高、掃描距離等參數(shù)，使得金屬粉末在熔化后不會完全融合成一個完全致密的固體，而是在微觀層面上保留一定的孔隙通道。這些孔隙通道貫穿整個刀片，形成了一個特殊的結(jié)構(gòu)。

3D打印刀片表面布滿微小的孔洞，當壓縮空氣通過刀柄的通道進入刀片時，空氣會從這些孔隙中流出，在刀片周圍形成一道空氣屏障。這道空氣屏障就像一層無形的保護膜，將刀片與要加工的產(chǎn)品（如面團）隔離開來，從而有效防止了面團粘附在刀片上。正是這種“非接觸式”切割思路和獨特的刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅解決了傳統(tǒng)刀具在切割面團時容易粘連的問題，還帶來了諸多其他優(yōu)勢。

△多孔3D打印刀片表面的氣孔

首先，3D 打印的多孔刀片能夠提供更緊密的切割表面。由于空氣屏障的作用，面團在切割過程中不會受到刀片的直接擠壓，從而避免了面團的變形和不規(guī)則切割。這使得切割后的面團形狀更加規(guī)整、均勻，提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和一致性。

其次，這種刀片不再需要頻繁清潔。傳統(tǒng)刀具在切割面團后，往往需要停下來進行清潔，以去除粘附在刀片上的面團殘渣。而 K3D 的多孔刀片由于空氣屏障的保護，面團很難粘附在刀片上，因此可以在在不清潔刀的情況下連續(xù)進行10,000 到 20,000 次切割而無需清潔，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了停機時間。通常，傳統(tǒng)刀具每切割 10 次后就需要清潔，而采用K3D刀具后，一整天甚至可以連續(xù)運行，大幅度節(jié)省了清洗時間和維護成本。

此外，3D 打印技術(shù)還賦予了這種刀片更高的定制化程度。K3D 可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，通過調(diào)整打印參數(shù)（如層高、掃描間距、激光功率）來改變刀片的孔隙率、壁厚、孔隙分布等特性，以滿足各種不同的切割要求。例如，對于不同的面團類型（如面包面團、糕點面團等），K3D 可以調(diào)整孔隙率和空氣流量，以達到最佳的切割效果。

△傳統(tǒng)刀具和多孔3D打印刀片切割面團的效果對比

多孔刀片的工程挑戰(zhàn)和解決途徑

當然，要實現(xiàn)3D 打印刀片的這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)并非易事。K3D 在項目初期就面臨諸多挑戰(zhàn)：

• 結(jié)構(gòu)強度與孔隙的平衡：刀具既需承受機械負載，又要在結(jié)構(gòu)中加入大量微孔，二者存在天然沖突。K3D 采用拓撲優(yōu)化技術(shù)，在不犧牲刀具強度的前提下，最大限度安排合理的孔隙分布。
• 內(nèi)部氣道的打印可行性：傳統(tǒng)加工手段難以制造出內(nèi)部復(fù)雜曲折的氣道，但3D打印使這一切成為可能。K3D 利用激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)打印出帶有封閉式內(nèi)腔的金屬刀片，保證氣流通暢的同時避免泄漏。
• 清潔與食品安全：雖然刀具內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其外表面光滑，并經(jīng)過食品級表面處理。整個設(shè)計過程始終圍繞衛(wèi)生與易清潔性展開，以滿足歐盟嚴格的食品安全法規(guī)。
  

這款刀具一經(jīng)投入試用，便在荷蘭面包生產(chǎn)企業(yè)中取得了顯著成效。最直觀的變化就是切割面更加整齊，產(chǎn)品成型度大幅提升，后續(xù)發(fā)酵與烘焙更加穩(wěn)定。此外，由于刀具表面幾乎不再沾粘面團，企業(yè)在每個班次之間無需頻繁停機清洗，極大提升了生產(chǎn)連續(xù)性與人力效率。

可擴展性與未來展望

K3D 的這款多孔刀片為食品加工行業(yè)提供了一種全新的設(shè)計思路，即通過將氣動技術(shù)集成進刀具本體，并借助3D打印工藝實現(xiàn)定制化與復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造。然而，這種創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用范圍并不僅限于此。K3D 的技術(shù)總監(jiān)Jaap Bulsink 表示，他們已經(jīng)在探索將這種多孔刀片技術(shù)應(yīng)用于其他食品加工領(lǐng)域，如肉類加工、水果加工、蔬菜加工等。在這些領(lǐng)域，同樣存在切割過程中產(chǎn)品粘附在刀具上的問題，而多孔刀片的空氣屏障原理同樣可以發(fā)揮作用，提高切割效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

未來，K3D 還計劃將這一技術(shù)平臺拓展到其它加工場景中，如制藥、包裝、橡膠處理等領(lǐng)域。同時，公司正探索結(jié)合傳感器與智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對氣壓的動態(tài)調(diào)節(jié)，進一步提高切割的智能化水平。

結(jié)語：增材制造賦能刀具革命

K3D 的3D打印多孔刀具是增材制造技術(shù)與工程設(shè)計創(chuàng)新結(jié)合的典范。它不僅解決了長期困擾食品企業(yè)的“面團粘刀”難題，更展示出未來加工設(shè)備可以如何通過智能結(jié)構(gòu)和功能集成實現(xiàn)性能質(zhì)的飛躍。

這一案例為整個制造業(yè)提供了啟示：3D打印不只是形狀自由的工具，更是功能嵌入的橋梁。通過設(shè)計驅(qū)動+打印實現(xiàn)，未來將有更多“聰明的部件”走入工業(yè)生產(chǎn)線，成為傳統(tǒng)裝備向智能化升級的重要一環(huán)。