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案例研究：北京2022年冬季奧運會火炬（「飛揚」飛揚）

AlSi10Mg鋁合金 | SLM金屬3D打印 | 標誌性奧運火炬設計

儀式與公共藝術案例研究

1. 背景

北京2022年冬季奧運會火炬，名為「飛揚」(飛揚)，其概念是一個統一的整體形式，表達奧運聖火的絲帶流動，並在火炬全身貫穿着標誌性的交錯絲帶-火焰圖案。背後設計工作室由著名中國工業設計師領導，設定了一項雄心勃勃的簡報：整個絲帶結構必須是單一連續部件，內部有晶格結構，且絲帶圖案必須從每個觀看角度都清晰可見。傳統的CNC加工從實心鋁坯製造將需要1000多個焊接子部件和數周的修飾來重現交錯絲帶圖案——這種方法無法滿足5個月的期限，也無法實現設計無縫、整體的意圖。

2.挑戰

設計要求包括：

· 單一整體式AlSi10Mg鋁合金結構 — 無焊接、無銲接接頭、無可見的組裝子零件

· 交織的絲帶火焰圖案貫穿火炬整個長度，從任何角度都可見

· 內部晶格結構用於手柄人體工學、減重和熱管理

· 輕巧到足以全程攜帶火炬接力（通常200多名接力者，持續3天）

· 耐熱表面處理，能承受實際火焰使用而不變形或褪色

· 表面質量與公共儀式器物一致 — 無可見的層線

· 生產200支火炬用於全程接力，所有火炬在4周內交付

· 100%保持設計工作室的CAD模型忠實度 — 無簡化的幾何形狀，無「可製造的近似值」

3. 解決方案

火炬被重新設計為單一整體式零件，採用AlSi10Mg鋁粉製造，由大型金屬3D打印系統的選擇性激光熔融(SLM)技術製成。SLM工藝在單次連續製作中打印了整個交織的絲帶火焰圖案、內部晶格核心、手柄人體工學設計、燃料儲存罐安裝座和底部蓋子 — 無焊接、無銲接接頭、無組裝子零件，對設計的有機理念無妥協。內部晶格結構經過拓撲優化，以達到目標重量（每支火炬低於1.0公斤）並為跑者提供適當的平衡點，而外部帶狀表面則採用打印原始表面處理，賦予火炬其獨特的緞光效果。

打印後，每支火炬都經過應力消除處理，並熱處理至T6狀態以達到完整的機械性能，外部帶狀表面經手工拋光以去除階梯效應，整個火炬體則經陽極氧化處理，塗上專用紅色陶瓷塗層，以適用於火焰使用並確保高溫下的顏色穩定性。SLM工藝允許設計工作室的CAD模型直接發送到打印機而無需任何簡化——每個帶狀扭曲、每個晶格節點、每個內部曲線都完全按照設計精確保留。200支火炬的生產批次在4周內完成，首件火炬在5天內交付給設計工作室以供審批。

 

圖1：AlSi10Mg奧運火炬——在SLM製造板上打印狀態的火炬側視圖，顯示交錯的帶狀火焰圖案和內部晶格結構（打印狀態，未完成處理）

 

圖2：同一火炬的頂部角度——交錯帶狀火焰圖案的特寫、內部晶格結構，以及傳統CNC整體加工無法實現的無縫整體結構

4.結果

· 100% 設計忠實度 — 每個絲帶的扭曲，每個格子節點都按照設計工作室的CAD規格精準打印

· 30% 重量減輕 — 透過拓撲優化內部格子結構，目標重量小於每支火炬1.0公斤

· 整體式結構 — 無焊接，無銲接接頭，無次零件 — 單一連續鋁質本體

· 5天首件樣品 — 從CAD圖到完成的、手工拋光、經設計工作室認證的火炬

· 4周全量生產 — 200支火炬批次及時交付，趕上北京2022年火炬接力

· 實火認證 — T6熱處理+陽極氧化陶瓷塗層，適用高溫環境

· 多項設計獎項 — 「飛翔」火炬設計因在儀式物品中使用增材製造技術而獲得國際認可

· 取代1000+次零件 — 單次SLM打印取代了傳統方法所需的焊接多件組裝

“交錯的絲帶圖案無法用其他方式製造。”每個轉折，每個格點，每個內部曲線 — SLM 為我們提供了 100% 的設計忠實度，在 4 周內，200 �火炬就已經在跑者手中。"

 

材料：AlSi10Mg 鋁合金  |  工藝：SLM 金屬 3D 打印  |  應用：北京 2022 年奧運火炬（"飛揚" / 飛揚)