OLA

دراسة حالة: شعلة دورة الألعاب الأولمبية الشتوية بكين 2022 (“التحليق” / 飞扬)

سبائك الألومنيوم AlSi10Mg | الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بتقنية SLM | تصميم أيقوني لشعلة الأولمبياد

دراسة حالة في القطع الاحتفالية والفن العام

1. الخلفية

صُمِّمت شعلة دورة الألعاب الأولمبية الشتوية بكين 2022، المعروفة باسم “التحليق” (飞扬)، بوصفها شكلًا موحدًا واحدًا يعبّر عن التدفق الشريطي للهب الأولمبي، مع نمط أيقوني من شرائط متشابكة تشبه اللهب يمتد على كامل طول الجسم. وقد وضع استوديو التصميم المسؤول عن الشعلة — بقيادة مصمم صناعي صيني شهير — موجزًا طموحًا: كان لا بد أن تكون بنية الشريط بأكملها جزءًا واحدًا متصلًا مزودًا بهيكل شبكي داخلي، وأن يكون نمط الشريط مرئيًا من كل زاوية مشاهدة. لكان التشغيل الآلي بالحاسب الرقمي (CNC) التقليدي من قضيب ألومنيوم مصمت سيتطلب أكثر من 1000 قطعة فرعية ملحومة وأسابيع من التشطيب لإعادة إنشاء نمط الشرائط المتشابكة — وهو نهج لم يكن ليستوفي المهلة البالغة 5 أشهر، كما لم يكن ليحقق النية التصميمية السلسة أحادية القطعة.

2. التحدي

تضمنت متطلبات التصميم ما يلي:

· جسم أحادي مصمت من سبيكة AlSi10Mg — بلا لحامات، وبلا وصلات لحام صلب، وبلا قطع تجميع فرعية مرئية

· نمط من شرائط متشابكة تشبه اللهب يمتد على كامل طول جسم الشعلة، مرئي من كل زاوية

· هيكل شبكي داخلي لتحقيق بيئة عمل مريحة للقبضة اليدوية، وتقليل الوزن، والإدارة الحرارية

· خفة وزن تكفي لحمله طوال مراحل تتابع الشعلة كاملةً (عادةً أكثر من 200 عدّاء على مدى 3 أيام)

· معالجة سطحية مقاومة للحرارة لتحمّل الاستخدام مع لهب حقيقي دون تشوّه أو تغيّر في اللون

· جودة تشطيب سطحي تتناسب مع قطعة احتفالية معروضة أمام الجمهور — دون خطوط طبقات مرئية

· دفعة إنتاجية من 200 شعلة لتغطية مرحلة التتابع كاملةً، تُسلَّم جميعها خلال 4 أسابيع

· دقة تصميم بنسبة 100% مطابقة لنموذج CAD الخاص باستوديو التصميم — بلا هندسة مبسّطة، وبلا “تقريبات قابلة للتصنيع”

3. الحل

أُعيد تصميم الشعلة بوصفها قطعة أحادية مصمتة من مسحوق ألومنيوم AlSi10Mg، صُنعت بتقنية الصهر بالليزر الانتقائي (SLM) على أنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن كبيرة الحجم. طابعت عملية SLM نمط الشرائط المتشابكة الشبيه باللهب بأكمله، والقلب الشبكي الداخلي، وبيئة عمل المقبض، وحامل خزان الوقود، والغطاء السفلي في بناء واحد متصل — بلا لحامات، وبلا وصلات لحام صلب، وبلا قطع تجميع فرعية، وبلا أي مساومة على النية العضوية للتصميم. وحُسِّن القلب الشبكي الداخلي طوبولوجيًا لتحقيق الوزن المستهدف (أقل من 1.0 كجم لكل شعلة) ونقطة الاتزان الصحيحة للعدّاء، بينما طُبعت أسطح الشرائط الخارجية بتشطيب سطحي بحالة البناء الخام الذي يمنح الشعلة لمعانها الساتاني المميز.

بعد الطباعة، خضعت كل شعلة لمعالجة تخفيف الإجهادات، وعولجت حراريًا حتى الحالة T6 للحصول على الأداء الميكانيكي الكامل، وصُقلت أسطح الشرائط الخارجية يدويًا لإزالة آثار التدرج الدرجي، وأُجري على الجسم بأكمله الأكسدة الكهربائية (الأنوديز) بطلاء خزفي أحمر مميز ليتحمل الاستخدام مع لهب حقيقي ويضمن ثبات اللون عند درجات الحرارة العالية. وقد أتاحت عملية SLM إرسال نموذج CAD الخاص باستوديو التصميم مباشرةً إلى الطابعة دون أي تبسيط — فقد حُفظ كل التواء في الشرائط، وكل عقدة في الشبكة، وكل منحنى داخلي تمامًا كما صُمم. واكتملت دفعة الإنتاج المكونة من 200 شعلة في 4 أسابيع، وسُلِّمت أول قطعة إنتاجية إلى استوديو التصميم خلال 5 أيام للحصول على الموافقة.

 

الشكل 1: شعلة الأولمبياد من سبيكة AlSi10Mg — منظر جانبي للشعلة بحالة بنائها على لوحة بناء SLM، يُظهر نمط الشرائط المتشابكة الشبيه باللهب والهيكل الشبكي الداخلي (حالة الطباعة، قبل التشطيب)

 

الشكل 2: الشعلة نفسها من زاوية علوية — لقطة مقربة لنمط الشرائط المتشابكة الشبيه باللهب، والهيكل الشبكي الداخلي، والبناء الأحادي المتجانس الذي لم يكن التشغيل الآلي CNC التقليدي من قضيب مصمت قادرًا على تحقيقه

4. النتيجة

· دقة تصميم بنسبة 100% — كل التواء في الشرائط، وكل عقدة في الشبكة طُبعت تمامًا كما حدد نموذج CAD الخاص باستوديو التصميم

· خفض الوزن بنسبة 30% — عبر قلب شبكي داخلي محسّن طوبولوجيًا، مع تحقيق الوزن المستهدف < 1.0 كجم لكل شعلة

· بناء أحادي — بلا لحامات، وبلا وصلات لحام صلب، وبلا قطع فرعية — جسم ألومنيوم واحد متصل

· أول قطعة إنتاجية خلال 5 أيام — من نموذج CAD إلى شعلة نهائية مصقولة يدويًا ومعتمدة سُلِّمت إلى استوديو التصميم

· إنتاج كامل خلال 4 أسابيع — تسليم دفعة الـ200 شعلة في الوقت المناسب لمرحلة تتابع شعلة بكين 2022

· اعتماد الاستخدام مع لهب حقيقي — معالجة حرارية T6 + طلاء خزفي أحمر مؤكسد للاستخدام في درجات الحرارة العالية

· جوائز تصميم متعددة — حاز تصميم شعلة ‘التحليق’ اعترافًا دوليًا لاستخدام التصنيع التراكمي في القطع الاحتفالية

· يستبدل أكثر من 1000 قطعة فرعية — بناء SLM واحد يحل محل التجميع متعدد القطع الملحوم الذي كانت ستتطلبه الطرق التقليدية

“لم يكن ممكنًا بناء نمط الشرائط المتشابكة بأي طريقة أخرى. كل التواء، وكل عقدة شبكية، وكل منحنى داخلي — منحتنا تقنية SLM دقة تصميم بنسبة 100%، وكانت 200 شعلة بين أيدي العدّائين خلال 4 أسابيع.”

 

المادة: سبائك الألومنيوم AlSi10Mg  |  العملية: الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بتقنية SLM  |  التطبيق: شعلة الأولمبياد بكين 2022 (‘التحليق’ / 飞扬)