2022年北京冬奥会的主题口号是“一起向未来”。谈到未来，就会联想到高科技。而办好冬奥会，离不开科技赋能。在此次盛会上，全球首创以碳纤维复合材料制作的奥运火炬“飞扬”惊艳亮相，而打造其精美造型的高科技工艺也成为舆论热议的焦点。

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？

火炬“飞扬”的外壳造型非常特殊，对于工程化制造来说是一种极其复杂的异形结构件，传统工艺更是无法实现。云路复合材料（上海）有限公司最初看到的是一个泥塑火炬作品“飞扬”，那是来源于艺术家的灵感、手工塑造的精品，要完成数字化制造、工业化生产，并且用高科技碳纤维复合材料编织成型，首先要突破的第一道难关就是数学建模，只有数学建模才能高精度地还原和复现美轮美奂的艺术设计作品，使自动化数字制造成为可能。

云路复材与高校专家科研团队紧密合作，反复探讨、修改、打磨，终于用多维曲面拟合智能算法完成数学建模。而后，在淮安的生产车间内，由云路复材独家研制、世界首创的大尺寸异形结构件三维高精度球面立体编织机，一次性一体成型地织造出预制体，其整体一致性极高，无需缝合。

该设备共有576个编织锭子，可编织最大截面500*500毫米，是目前世界上功能最强、编制尺寸最大的三维球面立体编织机。设备工作时，在环形球面轨道内，576个高速运动锭子不断变轨飞速交叉、穿梭。“这个编织过程可以说是‘险象环生’，每个运动锭子每个时刻都有14种碰撞的可能，”云路复材的科研带头人形象地说道，“这就好比在四车道高速公路上，有几百甚至上千辆车快速交叉穿梭通行，不仅是高速跑，还要不断交叉、里外穿透变道跑，我们通过智能运算、精准变轨控制，才能避免出现‘交通事故’。”

云路复材董事长朱永飞表示：“此次将三维编织成功应用于火炬外壳的研发，是采用高新装备完成高端制造的典型案例。公司上下对此深感激动和自豪，因为它代表着中国制造，是对外展现中国在新材料、新工艺、新制造领域研发实力的窗口。”

“三维编织”将如何创造更大价值？

朱永飞说：“国外主要将三维编织技术用于航天航空和国防武器装备等重要领域，所以发达国家一直对国内进行封锁。现在我们最新的三维编织装备实现了碳纤维复合材料的大尺寸、高精度编织，成功打破国外垄断，核心技术取得领先地位，这充分展示了中国在三维编织技术上的突破。”

令人兴奋的是，云路复合材料（上海）有限公司的三维编织装备不仅可以用于编织火炬外壳，还可以编织大飞机、高铁等大尺寸结构承力件，也可以编织螺旋桨、无人机结构件、多联装战术导弹筒体等精密异形结构件，市场前景极为可观。

目前，云路复材已将三维编织装备及技术应用于高铁转向架、碳/碳复合材料坩埚、碳纤维筋混凝土建材、罗拉零件、电缆保护管、无人机承力构件、多系列防暴警棍、汽车防撞梁、自行车轮毂等多种产品的设计与生产。

朱永飞表示，国内高性能纤维复合材料产业发展很快，三维编织技术在航空、航天、交通、能源、工业设备、城市基建、体育用品等国防、民生重要领域大有可为。云路复材拥有全球先进的五轴加工中心、数控机床、智能铣床等生产设备，并且依托高校教授团队，成立数十人的博士及研究生学历的项目研发团队。未来，公司将积极与航天研究院、中车、上海石化、商飞等上下游产业链开展协同创新，努力让高科技产品真正走入千家万户。