本发明提供一种大型复杂薄壁铸件用蜡模托盘、蜡模粘浆制壳系统和方法，该托盘的圆心处开设有第一孔洞，在托盘的同心圆位置均匀开设有若干第二孔洞，第二孔洞的直径小于第一孔洞的直径；托盘的中心安装有固定锁扣，托盘的外圈包覆有挡蜡板。该制壳系统包括蜡模、机械手、面层浆桶、淋砂机、图像获取模块、控制模块和托盘；该方法包括：机械手带动蜡模浸入面层浆桶，进行第一次背层粘浆；根据背层粘浆的图像信息，当从蜡模上成股流下的面层浆料变为断续液流时，机械手再在淋砂机上进行第一次淋砂；待蜡模上的面层浆料完全干透后，机械手带动蜡模重复进行背层粘浆和淋砂，直至达到所需的层数。本发明能够显著提高大型复杂薄壁铸件表面质量。