火炬是奧運(yùn)會(huì)中備受關(guān)注的元素之一，火炬的設(shè)計(jì)不僅僅是外觀、造型的設(shè)計(jì)，需要的是立意、形意、技意的融合，加上“綠色冬奧”“科技冬奧”的主旨，2022年北京冬奧會(huì)火炬的設(shè)計(jì)交出了一份完美答卷。

2021年2月4日，北京2022年冬奧會(huì)火炬正式發(fā)布，名為“飛揚(yáng)”，顏色為銀色與紅色。象征冰火相約，激情飛揚(yáng)，照亮冰雪，溫暖世界；代表不同文明交流互鑒，讓世界更加相知相融的冬奧愿景。

2020年4月，北京冬奧火炬設(shè)計(jì)公開征集，9月22日，經(jīng)過(guò)北京冬奧組委多輪評(píng)審，從182個(gè)征集方案中確定了由阿里天貓精靈設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提交的火炬設(shè)計(jì)方案。2022年2月4日，北京冬奧會(huì)1200支火炬“飛揚(yáng)”交付并順利完成傳遞。

圖：冬奧火炬組成-外殼、內(nèi)飄帶、燃燒系統(tǒng)，來(lái)自新華體育

火炬“飛揚(yáng)”由火炬外殼、內(nèi)飄帶、燃燒系統(tǒng)組成。火炬外殼采用了中國(guó)石化上海石化研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料制成，內(nèi)飄帶是由哈特三維（中山）金屬材料有限公司通過(guò)3D打印鋁合金加上后處理制作；燃料從丙烷更換為氫氣，使用環(huán)保的氫燃料。

內(nèi)：3D打印火炬內(nèi)飄帶，材質(zhì) - 鋁合金

“飛揚(yáng)”火炬運(yùn)用了3D打印技術(shù)，位于中山市的哈特三維（中山）金屬材料有限公司（下稱“哈特三維”）是負(fù)責(zé)“飛揚(yáng)”火炬內(nèi)飄帶設(shè)計(jì)生產(chǎn)的企業(yè)之一。據(jù)資源庫(kù)所知，北京2008年奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”采用的同樣是鋁合金材料，但冬奧會(huì)只是內(nèi)飄帶使用了鋁合金。

圖：3D打印火炬內(nèi)飄帶，來(lái)自哈特三維

據(jù)哈特三維相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，“飛揚(yáng)”火炬造型如絲帶飄舞，旋轉(zhuǎn)上升，最后呈現(xiàn)為飛揚(yáng)的火焰，然而充滿藝術(shù)感的造型進(jìn)一步壓縮了內(nèi)部空間，增加了設(shè)計(jì)、加工和制造難度。主火炬的“高顏值”需要過(guò)硬的技術(shù)支撐——既要展現(xiàn)火炬的輕盈，又要實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)北京冬奧會(huì)火炬航天技術(shù)和藝術(shù)的完美結(jié)合，哈特三維、哈爾濱工業(yè)大學(xué)與航天科技集團(tuán)聯(lián)合公關(guān)，利用在航天工業(yè)中應(yīng)用日益廣泛的3D打印技術(shù)來(lái)制造火炬，對(duì)多種3D打印材料進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)火炬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)打印工藝進(jìn)行系統(tǒng)的驗(yàn)證和改進(jìn)，最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng)，保障火炬燃燒的可靠性。

圖：后處理過(guò)的火炬內(nèi)飄帶，來(lái)自哈特三維

據(jù)介紹，為了保證火炬外觀質(zhì)量和燃燒效果，除尺寸精度要求外，還需要保證3D打印火炬內(nèi)部致密度接近100%，哈工大及哈特三維技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印裝備和工藝進(jìn)行優(yōu)化，打印效率和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)一步提升，完全滿足火炬生產(chǎn)的各方面要求。

外：三維編織火炬外殼，材質(zhì) - 碳釬維

火炬外殼使用的是碳纖維復(fù)合材料，由中國(guó)石化上海石化公司制作。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，其質(zhì)量只有鋼的1/4左右，但強(qiáng)度是鋼的7~9倍。

據(jù)中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理黃翔宇介紹，“飛揚(yáng)”采用氫做燃料，燃燒溫度高于800℃。一般的復(fù)合材料都不能在火里燒，正好庫(kù)貝化學(xué)（上海）有限公司研發(fā)了第三代聚硅氮烷樹脂，這個(gè)樹脂是耐火的。最后通過(guò)工藝調(diào)整，成功解決了材料耐高溫和耐火的問(wèn)題。

圖：三維編織火炬外殼，來(lái)自上海石化

同時(shí)結(jié)合三維編織技術(shù)，生產(chǎn)車間里，一條條黑色絲束，每一束都包含著1.2萬(wàn)根碳纖維絲。經(jīng)過(guò)三維立體編織，最終就像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，看不出任何接縫與孔隙，整個(gè)造型渾然一體。

圖：上色后的火炬外殼，來(lái)自上海石化

最終，上海石化與協(xié)作單位一起攻關(guān)，引入高性能樹脂與碳纖維一起制成碳纖維復(fù)合材料，有效解決了在高溫制備過(guò)程中火炬外殼起泡、開裂等難題，達(dá)到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，實(shí)現(xiàn)了在燃燒溫度大于800℃的氫氣燃燒環(huán)境下正常使用。

可以說(shuō)，北京冬奧會(huì)火炬是方案設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造技術(shù)之間相輔相成的結(jié)果。有了新的工藝，才帶給我們新的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。相信3D打印技術(shù)將會(huì)在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并給我們帶來(lái)更多的驚喜。

火炬是奧運(yùn)會(huì)中備受關(guān)注的元素之一，火炬的設(shè)計(jì)不僅僅是外觀、造型的設(shè)計(jì)，需要的是立意、形意、技意的融合，加上“綠色冬奧”“科技冬奧”的主旨，2022年北京冬奧會(huì)火炬的設(shè)計(jì)交出了一份完美答卷。

2021年2月4日，北京2022年冬奧會(huì)火炬正式發(fā)布，名為“飛揚(yáng)”，顏色為銀色與紅色。象征冰火相約，激情飛揚(yáng)，照亮冰雪，溫暖世界；代表不同文明交流互鑒，讓世界更加相知相融的冬奧愿景。

2020年4月，北京冬奧火炬設(shè)計(jì)公開征集，9月22日，經(jīng)過(guò)北京冬奧組委多輪評(píng)審，從182個(gè)征集方案中確定了由阿里天貓精靈設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提交的火炬設(shè)計(jì)方案。2022年2月4日，北京冬奧會(huì)1200支火炬“飛揚(yáng)”交付并順利完成傳遞。

圖：冬奧火炬組成-外殼、內(nèi)飄帶、燃燒系統(tǒng)，來(lái)自新華體育

火炬“飛揚(yáng)”由火炬外殼、內(nèi)飄帶、燃燒系統(tǒng)組成。火炬外殼采用了中國(guó)石化上海石化研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料制成，內(nèi)飄帶是由哈特三維（中山）金屬材料有限公司通過(guò)3D打印鋁合金加上后處理制作；燃料從丙烷更換為氫氣，使用環(huán)保的氫燃料。

內(nèi)：3D打印火炬內(nèi)飄帶，材質(zhì) - 鋁合金

“飛揚(yáng)”火炬運(yùn)用了3D打印技術(shù)，位于中山市的哈特三維（中山）金屬材料有限公司（下稱“哈特三維”）是負(fù)責(zé)“飛揚(yáng)”火炬內(nèi)飄帶設(shè)計(jì)生產(chǎn)的企業(yè)之一。據(jù)資源庫(kù)所知，北京2008年奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”采用的同樣是鋁合金材料，但冬奧會(huì)只是內(nèi)飄帶使用了鋁合金。

圖：3D打印火炬內(nèi)飄帶，來(lái)自哈特三維

據(jù)哈特三維相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，“飛揚(yáng)”火炬造型如絲帶飄舞，旋轉(zhuǎn)上升，最后呈現(xiàn)為飛揚(yáng)的火焰，然而充滿藝術(shù)感的造型進(jìn)一步壓縮了內(nèi)部空間，增加了設(shè)計(jì)、加工和制造難度。主火炬的“高顏值”需要過(guò)硬的技術(shù)支撐——既要展現(xiàn)火炬的輕盈，又要實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)北京冬奧會(huì)火炬航天技術(shù)和藝術(shù)的完美結(jié)合，哈特三維、哈爾濱工業(yè)大學(xué)與航天科技集團(tuán)聯(lián)合公關(guān)，利用在航天工業(yè)中應(yīng)用日益廣泛的3D打印技術(shù)來(lái)制造火炬，對(duì)多種3D打印材料進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)火炬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)打印工藝進(jìn)行系統(tǒng)的驗(yàn)證和改進(jìn)，最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng)，保障火炬燃燒的可靠性。

圖：后處理過(guò)的火炬內(nèi)飄帶，來(lái)自哈特三維

據(jù)介紹，為了保證火炬外觀質(zhì)量和燃燒效果，除尺寸精度要求外，還需要保證3D打印火炬內(nèi)部致密度接近100%，哈工大及哈特三維技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印裝備和工藝進(jìn)行優(yōu)化，打印效率和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)一步提升，完全滿足火炬生產(chǎn)的各方面要求。

外：三維編織火炬外殼，材質(zhì) - 碳釬維

火炬外殼使用的是碳纖維復(fù)合材料，由中國(guó)石化上海石化公司制作。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，其質(zhì)量只有鋼的1/4左右，但強(qiáng)度是鋼的7~9倍。

據(jù)中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理黃翔宇介紹，“飛揚(yáng)”采用氫做燃料，燃燒溫度高于800℃。一般的復(fù)合材料都不能在火里燒，正好庫(kù)貝化學(xué)（上海）有限公司研發(fā)了第三代聚硅氮烷樹脂，這個(gè)樹脂是耐火的。最后通過(guò)工藝調(diào)整，成功解決了材料耐高溫和耐火的問(wèn)題。

圖：三維編織火炬外殼，來(lái)自上海石化

同時(shí)結(jié)合三維編織技術(shù)，生產(chǎn)車間里，一條條黑色絲束，每一束都包含著1.2萬(wàn)根碳纖維絲。經(jīng)過(guò)三維立體編織，最終就像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，看不出任何接縫與孔隙，整個(gè)造型渾然一體。

圖：上色后的火炬外殼，來(lái)自上海石化

最終，上海石化與協(xié)作單位一起攻關(guān)，引入高性能樹脂與碳纖維一起制成碳纖維復(fù)合材料，有效解決了在高溫制備過(guò)程中火炬外殼起泡、開裂等難題，達(dá)到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，實(shí)現(xiàn)了在燃燒溫度大于800℃的氫氣燃燒環(huán)境下正常使用。

可以說(shuō)，北京冬奧會(huì)火炬是方案設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造技術(shù)之間相輔相成的結(jié)果。有了新的工藝，才帶給我們新的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。相信3D打印技術(shù)將會(huì)在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并給我們帶來(lái)更多的驚喜。