铸造是具有悠久历史的液态金属成型工艺。而砂型铸造占产业总量的70%左右。但是砂型铸造存在生产周期长、模具制造成本高、工艺弹性低、环境污染大、人工费用高等问题,尤其在清洁生产、智能铸造方面差距更远。而三维砂型打印（Three Dimensional Sand Printing,3DSP）是将铸造业引入智能方向的有效方法之一。3DSP能够直接制造砂型而无需模具、生产周期短且简化了铸造的设计和生产模式。但3DSP还存在工艺参数和砂型性能关系不明确、砂型精度和强度偏低以及材料体系不明确等问题,这些问题严重限制了3DSP的应用。因此,3DSP的砂型工艺研究显得十分重要。首先,本文系统研究了3DSP呋喃树脂砂型的打印层厚、固化剂加入量、送粉系数、铺粉速度和树脂加入量等参数对砂型性能的影响规律。结果表明,砂型密度与铺粉速度呈显著正相关,与固化剂加入量呈显著负相关,与打印层厚无显著相关性。砂型的力学性能（常温抗拉强度、高温抗压强度、高温持续时间、受限热膨胀力）与打印层厚成反比;砂型的透气性与打印层厚成正比。砂型的抗拉强度、高温性能与固化剂加入量成反比,砂型的透气性与固化剂加入量成正比;砂型的抗拉强度、高温性能、发气量与树脂加入量成正比,砂型的透气性与树脂加入量成反比。综合以上趋势,较优的工艺参数组合为:固化剂加入量为0.4%（占原砂质量分数）,打印层厚为0.30mm,树脂加入量为2.18%（占原砂质量分数）,测试砂型性能为:平均常温抗拉强度为2.21MPa,平均烘干抗拉强度2.64MPa,平均高温抗压强度182.43KPa,砂型的平均透气性304.61,平均发气量14.60m L/g。其次,本文研究了砂型的性能和尺寸精度在空间不同方向的各向异性。结果表明,砂型的抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度在砂型打印不同方向存在各向异性,主要原因是打印墨道内的粘结强度（29）墨道与墨道之间的粘结强度（29）打印层厚与打印层厚之间的粘结强度。X方向平均抗拉强度为2.48±0.10MPa,Y方向平均抗拉强度为2.35±0.08MPa（下降约5%）,Z方向平均抗拉强度为2.21±0.11Mpa（下降约10%）;X方向平均抗弯强度为6.59±0.27MPa,Y方向平均抗弯强度为5.76±0.31MPa（下降约12%）,Z方向平均抗弯强度为5.08±0.27MPa（下降约22%）;Z方向平均抗剪强度为3.67±0.18MPa,X方向平均抗剪强度为3.38±0.08MPa（下降约8%）,Y方向平均抗剪强度为3.41±0.11MPa（下将约7%）。X方向相对误差>Y方向相对误差>Z方向相对误差。X方向平均相对误差为2.70%,Y方向平均相对误差为2.63%,Z方向平均相对误差为2.10%。砂型的透气性各向异性不大,但在Z方向的透气性小于X、Y方向透气性,X方向和Y方向透气性差别不大。最后,本文研究了原砂粒度级配对3DSP砂型性能的影响规律。结果表明:通过合适的粒度级配可以使细砂镶嵌到粗砂的孔隙中,提高砂型致密度,降低孔隙率。细砂的镶嵌作用,可以提高砂粒的接触点,增大粘结桥的数量,提高砂型的抗拉强度。粒度分布比较集中的型砂,高温受限热膨胀力大,粒径连续分布的型砂,由于粒径不同导致膨胀时间有先后顺序之分,可以减弱受限热膨胀力。粒度级配会影响粉末床致密度,而粉末床致密度会影响粘结剂的渗透行为,粉末床致密度高会导致粘结剂在X、Y方向更容易渗透,导致X、Y方向尺寸误差增大,Z方向尺寸误差主要与粒径有关,粒径大则尺寸误差大。通过对中碳钢汽车模具实验研究,采用合适的打印参数获得了完整合格的3DSP复杂呋喃树脂砂型,测得砂型平均抗拉强度为2.6MPa,发气性为14m L/g,采用流涂涂料涂刷砂型表面,浇注出合格的中碳合金铸钢件。实现了复杂中碳钢汽车模具的无模快速铸造,表面光洁、铸字清晰、成本低、使得3DSP新技术用于生产实际成为可能。