荷兰K3D推出多孔金属3D打印刀具，“空气屏障”解决面团切割粘连难题

南极熊导读：在食品加工行业，尤其是面团处理环节中，切割设备的性能对生产效率与产品质量具有至关重要的影响。长期以来，生产商一直面临一个普遍难题——面团在切割过程中容易粘附在刀具上。这不仅导致切口不干净，影响面团的形状和后续发酵，还需频繁清洗设备以保证卫生与切割效果，进而造成了不必要的时间与经济成本。

2025年4月8日，南极熊获悉，为解决这一顽疾，荷兰的合同制造商 K3D 联合机械专家，开发出了一种革命性的金属3D打印多孔刀片，凭借精妙可控的工程孔隙结构和气压辅助系统，有效防止面团粘附刀面，实现更干净高效的切割过程。

K3D 公司的创新之路

K3D 是一家专注于金属 3D 打印的合同制造商，其母公司 Royal Kaak 是一家为工业烘焙行业提供设备和解决方案的知名企业。RoyalKaak 旗下的 K3D 在十年前涉足增材制造领域，旨在通过先进的 3D 打印技术为母公司及其他行业客户提供更具创新性和高效性的产品和服务。

在 3D 打印技术的发展过程中，K3D也曾面临诸多挑战，其中之一便是孔隙率问题。在金属 3D 打印中，孔隙率通常被视为缺陷，因为它可能导致部件的机械性能下降。然而，K3D 的技术团队通过不断研究和实践，成功掌握了控制孔隙率的技术，并将其应用于实际产品中，开发出了具有工程孔隙度的多孔刀片。

创新设计：3D打印+工程孔隙+气压辅助

K3D 所研发的刀具最大亮点在于其采用了激光粉末床熔合（LPBF）技术。这种技术通过激光束逐层熔化金属粉末，构建出所需的刀片形状。在打印过程中，K3D的技术团队通过精确控制激光功率、激光速度、层高、扫描距离等参数，使得金属粉末在熔化后不会完全融合成一个完全致密的固体，而是在微观层面上保留一定的孔隙通道。这些孔隙通道贯穿整个刀片，形成了一个特殊的结构。

3D打印刀片表面布满微小的孔洞，当压缩空气通过刀柄的通道进入刀片时，空气会从这些孔隙中流出，在刀片周围形成一道空气屏障。这道空气屏障就像一层无形的保护膜，将刀片与要加工的产品（如面团）隔离开来，从而有效防止了面团粘附在刀片上。正是这种“非接触式”切割思路和独特的刀片结构设计，不仅解决了传统刀具在切割面团时容易粘连的问题，还带来了诸多其他优势。

△多孔3D打印刀片表面的气孔

首先，3D 打印的多孔刀片能够提供更紧密的切割表面。由于空气屏障的作用，面团在切割过程中不会受到刀片的直接挤压，从而避免了面团的变形和不规则切割。这使得切割后的面团形状更加规整、均匀，提高了产品的外观质量和一致性。

其次，这种刀片不再需要频繁清洁。传统刀具在切割面团后，往往需要停下来进行清洁，以去除粘附在刀片上的面团残渣。而 K3D 的多孔刀片由于空气屏障的保护，面团很难粘附在刀片上，因此可以在在不清洁刀的情况下连续进行10,000 到 20,000 次切割而无需清洁，大大提高了生产效率，减少了停机时间。通常，传统刀具每切割 10 次后就需要清洁，而采用K3D刀具后，一整天甚至可以连续运行，大幅度节省了清洗时间和维护成本。

此外，3D 打印技术还赋予了这种刀片更高的定制化程度。K3D 可以根据不同的应用需求，通过调整打印参数（如层高、扫描间距、激光功率）来改变刀片的孔隙率、壁厚、孔隙分布等特性，以满足各种不同的切割要求。例如，对于不同的面团类型（如面包面团、糕点面团等），K3D 可以调整孔隙率和空气流量，以达到最佳的切割效果。

△传统刀具和多孔3D打印刀片切割面团的效果对比

多孔刀片的工程挑战和解决途径

当然，要实现3D 打印刀片的这种复杂结构并非易事。K3D 在项目初期就面临诸多挑战：

• 结构强度与孔隙的平衡：刀具既需承受机械负载，又要在结构中加入大量微孔，二者存在天然冲突。K3D 采用拓扑优化技术，在不牺牲刀具强度的前提下，最大限度安排合理的孔隙分布。
• 内部气道的打印可行性：传统加工手段难以制造出内部复杂曲折的气道，但3D打印使这一切成为可能。K3D 利用激光粉末床熔融（LPBF）技术打印出带有封闭式内腔的金属刀片，保证气流通畅的同时避免泄漏。
• 清洁与食品安全：虽然刀具内部结构复杂，但其外表面光滑，并经过食品级表面处理。整个设计过程始终围绕卫生与易清洁性展开，以满足欧盟严格的食品安全法规。
  

这款刀具一经投入试用，便在荷兰面包生产企业中取得了显著成效。最直观的变化就是切割面更加整齐，产品成型度大幅提升，后续发酵与烘焙更加稳定。此外，由于刀具表面几乎不再沾粘面团，企业在每个班次之间无需频繁停机清洗，极大提升了生产连续性与人力效率。

可扩展性与未来展望

K3D 的这款多孔刀片为食品加工行业提供了一种全新的设计思路，即通过将气动技术集成进刀具本体，并借助3D打印工艺实现定制化与复杂结构制造。然而，这种创新技术的应用范围并不仅限于此。K3D 的技术总监Jaap Bulsink 表示，他们已经在探索将这种多孔刀片技术应用于其他食品加工领域，如肉类加工、水果加工、蔬菜加工等。在这些领域，同样存在切割过程中产品粘附在刀具上的问题，而多孔刀片的空气屏障原理同样可以发挥作用，提高切割效率和产品质量。

未来，K3D 还计划将这一技术平台拓展到其它加工场景中，如制药、包装、橡胶处理等领域。同时，公司正探索结合传感器与智能控制系统，实现对气压的动态调节，进一步提高切割的智能化水平。

结语：增材制造赋能刀具革命

K3D 的3D打印多孔刀具是增材制造技术与工程设计创新结合的典范。它不仅解决了长期困扰食品企业的“面团粘刀”难题，更展示出未来加工设备可以如何通过智能结构和功能集成实现性能质的飞跃。

这一案例为整个制造业提供了启示：3D打印不只是形状自由的工具，更是功能嵌入的桥梁。通过设计驱动+打印实现，未来将有更多“聪明的部件”走入工业生产线，成为传统装备向智能化升级的重要一环。