2020年之秋,火炬的总承担方上海石化在全国寻找关键制造技术提供方,希望用国内稀缺的三维编织工艺将天马行空的火炬外壳艺术造型高精度呈现出来。云路复合材料(上海)有限公司承接了这项艰巨的任务,在其智造工厂中完美还原了火炬外壳的艺术设计,并且向世人淋漓尽致地展现了中国在高端制造领域的科技实力。
智能制造,造就火炬“飞扬”神态
“飞扬”兼具“轻、固、美”的特点,其外壳是一个轻质高强、耐火耐寒、手感温和的高维曲面体。它是变径、变曲率的,上下不一般粗,曲面厚薄也不一致,全身自下而上从祥云纹样逐渐过渡到雪花图案,体现了艺术设计与科技创新的完美结合。这其中的制作流程高度数字化,更有智能机器人大显身手。
(目前世界上最大的智能三维球面立体编织机)
首先,由一台直径达到8米的环形三维编织装备将成百上千根黑色碳纤维丝束交织穿梭,在几分钟内“织”出一件重量精确到克的火炬外壳预制体,再将其与树脂基体复合进行注胶和固化,获得外壳毛坯。
然后,由碳纤维复合材料技能机器人进行抛光打磨,替代传统打磨工艺,使外壳获得更为优美的线条。火炬外壳的花纹全部采用智能镭雕工艺,刻录1268个雪花及祥云精致图案。
最后,借助碳纤维复合材料技能机器人,以智能喷涂工艺,覆盖底漆及渐变涂层,避免喷涂不均匀,凸显色彩过渡的细腻感。
冬奥火炬能够在工业生产中立体还原外壳柔美飘逸的感觉,还在于云路复合材料(上海)有限公司的科研团队做了大量的幕后工作。他们研究控制算法、奇妙机构、变轨技术等,从理论推导到实验验证再到生产实践,反复调试,发明出独特的“偏心”编织法,解决了大曲率、变密度编织难题;原创了双机器人协同夹持芯模控制算法,保证大尺寸异形结构件编织在复杂受力状态下的动力学性能最优;研发了单纱张力全流程数字化调控技术,实现了恒张力精确编织;研发了高维曲面自动打磨的技能作业机器人系统。最终,云路复材实现了火炬外壳的三维自动化立体编织和自动化打磨,项目技术不仅填补了国内空白,在国际上也处于领先地位。
为什么选用“三维编织”制造飞扬火炬?
“三维编织”将如何创造更大价值?