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ケーススタディ：北京2022冬季オリンピックのトーチ（“フライング” / 飞扬）

AlSi10Mgアルミニウム合金 | SLMメタル3Dプリンティング | 象徴的なオリンピックトーチデザイン

セレモニー＆パブリックアートケーススタディ

1. 背景

北京2022冬季オリンピックのトーチ、「フライング」(飞扬)は、オリンピックの炎のリボンのような流れを表現する単一の統一された形として conceive され、象徴的な絡み合ったリボン炎のパターンが本体全体に連なっています。このトーチをデザインしたデザインスタジオ—著名な中国のインダストリアルデザイナーが率いる—は、野心的な要件を設定しました：リボン構造全体は単一の連続した部品で内部に格子構造を持ち、リボンのパターンはどの視点からも見える必要がありました。従来のCNC加工によるソリッドアルミニウムブロックからの加工では、絡み合ったリボンパターンを再現するために1000以上の溶接サブパーツと数週間の仕上げが必要でした—このアプローチでは5ヶ月の期限を守ることはできず、デザインのシームレスでモノリシックな意図を実現することもできませんでした。

2.課題

設計要件には以下のものが含まれていました:

· 単一の一体化されたAlSi10Mgボディー — 溶接部、ろう付け継手、組み立てサブパーツが見えない

· トーチボディーの全長にわたる絡み合ったリボン炎の模様 — どの角度からも見える

· 手に持つための人間工学、軽量化、熱管理のための内部格子構造

· トーチリレーの全行程（通常は3日間で200人以上のランナー）を携行できるほど軽量

· 変形や変色なしに実炎の使用に耐えられる耐熱性表面処理

· 公的な儀式用オブジェクトとしての表面仕上げ品質 — 可視の層状ラインなし

· リレー全体のための200本のトーチ生産ロット、全て4週間以内に納品

· デザインスタジオのCADモデルへの100%の忠実性 — 簡略化された幾何学形状や「製造可能な近似」なし

3. 解決策

トーチは、大判の金属3D印刷システムで選択的レーザー溶融（SLM）製造されたAlSi10Mgアルミニウム粉末で単一の一体化部品として再設計されました。SLMプロセスは、絡み合ったリボン炎の模様、内部格子コア、グリップの人間工学、燃料タンクマウント、底キャップを単一の連続的なビルドで印刷しました — 溶接部、ろう付け継手、組み立てサブパーツ、デザインの有機的な意図への妥協は一切ありません。内部の格子構造は、目標重量（トーチ1本あたり1.0kg以下）とランナーのための適切なバランスを実現するためにトポロジー最適化が施され、外部のリボン表面はトーチの特徴的なサテン光沢を与えるままの表面状態で印刷されました。

印刷後、各トーチは応力除去処理が施され、完全な機械性能を実現するためT6状態に熱処理され、外部のリボン表面は階段状の段差を除去するために手作業で研磨され、そして全体のボディはライブフレーム使用と高温での色安定性のための特徴的なセラミック赤色コーティングで陽極酸化処理されました。SLMプロセスにより、デザインスタジオのCADモデルが簡略化することなく直接プリンターに送信できました—すべてのリボンのねじれ、すべての格子ノード、すべての内部曲線が正確に設計通りに保持されました。200本のトーチ生産ロットは4週間で完了し、最初のサンプルは承認のために5日以内にデザインスタジオに届けられました。

 

図1：AlSi10Mgオリンピックトーチ—SLMのビルドプレート上のままのトーチの側面図、絡み合ったリボン炎のパターンと内部格子構造（仕上げ前の印刷状態）を示しています

 

図2：同じトーチの上面からの図—絡み合ったリボン炎のパターン、内部格子、そして従来のCNC工作機械によるソリッドブロックからの加工では実現できなかったシームレスな一体構造のクローズアップです

4.結果

· 100%の設計忠実度 — リボンのねじれ、格子のすべてのノムが、デザインスタジオのCADで指定された通りに正確に印刷

· 30%の軽量化 — トポロジー最適化された内部格子構造により、トーチ1本あたり目標1.0kg未満を達成

· 一体構造 — 溶接、ろう接、部品なし — 単一の連続的なアルミニウムボディ

· 5日間の初号機 — CADから完成品、手仕上げ研磨、デザインスタジオ承認のトーチまで

· 4週間の本格生産 — 北京2022聖火リレーに間に合う200本のトーチバッチを納品

· 炎の認証 — 高温使用のためのT6熱処理+赤色セラミックコーティング

· 複数のデザイン賞 — 「飛ぶ」トーチのデザインは、儀式用オブジェクトへの加工製造の使用で国際的に認められました

· 1000以上の部品の代替 — 単一のSLMビルドが、従来の方法では必要だった溶接多部品アセンブリに取って代わります

“絡み合ったリボンの模様は、他の方法では作成できませんでした。”すべての捻り、格子の各ノード、内部の曲線 — SLMは100%の設忠実度を提供し、4週間で200本のトーチがランナーの手に渡りました。

 

素材: AlSi10Mgアルミニウム合金  |  プロセス: SLM金属3Dプリンティング  |  用途: 北京2022オリンピック聖火トーチ（'フライング' / 飞扬）