16.5米火炬塔的科技内核：金石三维3D打印技术制造过程纪实

2025年11月9日晚，第十五届全国运动会在广州奥体中心盛大开幕。手擎“绽放”火炬的火炬手踏浪而来，拾级而上“点燃”高达16.5米的巨型主火炬塔。这座承载着亿万目光的“荣耀地标”，正是由金石三维集团旗下子品牌自由三维团队以FGF颗粒3D打印技术全程参与设计、制造、安装。

从8月10日启动打样到10月15日完成最终安装，67个日夜，1600小时连续攻坚，金石团队用工业级3D打印的精度与效率，揭开了“3D打印赋能大型体育赛事”的新篇章。这也是中国体育赛事史上，第一次采用3D打印技术制作超大型异形雕塑。

为何选择金石三维

作为开幕式核心视觉符号，主火炬塔需同时满足三大需求：艺术性、功能性和标志性。在功能性方面，内部需集成龙骨结构支撑16.5米高度，表面开孔嵌入LED灯珠，实现“由内而外”的发光效果；在标志性方面，作为国家顶级赛事地标，需兼顾耐久性（户外长期展示）、抗风性（应对珠三角台风季）与视觉辨识度。

传统工艺下，此类异形大型雕塑需分段铸造、人工焊接，不仅周期长（常需3-5个月），更难保证曲面精度与结构一致性。而金石三维的3D打印技术，恰好能破解这一难题。

作为国内工业级3D打印领军企业，金石三维深耕文创雕塑与大型工程领域多年，凭借在超大尺寸3D打印、结构优化与快速交付等方面的综合实力，刷新了行业对大规模定制智造的认知。

近年来，金石三维已累计完成超200+件大型3D打印项目（最大单体尺寸超30米），成功打造多个大型城市地标项目案例，如四川德阳“中国装备科技城迎宾长廊”项目、湖北恩施女儿城项目、深圳市龙岗主题公园项目、深圳湾万象城二期项目、安徽蚌埠科技城项目等等。

团队掌握从数字建模、材料适配到后处理的全链路技术，尤其擅长：

复杂曲面成型：通过FGF（颗粒熔融沉积）+FDM（线材熔融沉积）工艺，实现毫米级曲面精度；

超大尺寸一体化打印：自主研发的“分段拼接+应力消除”技术，突破传统3D打印尺寸限制；

功能集成制造：将结构件、装饰层、电路通道同步打印，减少后期改造成本。

基于此，全运会组委会最终选定金石三维旗下自由三维团队作为主火炬塔的3D打印承建方，一场“科技与艺术的极限挑战”就此展开。

从0到1——67天攻坚全记录

设计阶段

在“艺术”与“工程”间找平衡

项目启动之初，设计团队便面临第一个难题：如何将“流动的湾区”“绽放的木棉”转化为可打印的3D模型？主创设计师回忆：“最初方案中，立柱的弯曲弧度达120°，中心圆盘的镂空密度高达60%。若直接按艺术造型打印，可能导致结构失稳或材料浪费。”为此，金石三维组建“设计-工程”联合小组，采用“逆向优化法”：

1、拓扑优化：通过有限元分析（FEA）软件，模拟不同部位的受力情况，将非承重区域的冗余结构简化，保留美学特征的同时减轻30%重量；

2、分层打印策略：将立柱分为7段、圆盘分为3段，每段预设“拼接槽口”与“加强筋位”，既保证整体强度，又降低单段打印难度；

3、材料适配测试：针对ABS材料的收缩率（约0.8%-1.2%），在设计阶段预留0.5mm/米的补偿量，避免打印后变形。

8月9日，定稿模型通过组委会审核，一场“毫米级精度”的制造战役正式打响。

大尺寸打印最怕“首件失败”。为验证模型可行性，团队决定先制作1:10缩比样件（高1.65米），并针对曲面成型精度、结构稳定性、表面质量、灯光集成效果4项核心技术进行一一测试。8月26日，16个小样全部通过检测，打印参数与工艺路径正式锁定。

正式打印

15天，1600小时“不停机”挑战

9月1日凌晨，金石三维中山基地的3D打印车间灯火通明。三十台工业级FGF打印机（单台最大打印尺寸3m×3m×3m）同步启动，主火炬塔的“骨骼”——三支立柱与中心圆盘开始逐层生长。

总打印时长：15天×24小时=360小时（实际因并行打印，设备总运行时长超480小时）；

耗材用量：ABS线材约1.2吨，其中立柱占比65%，圆盘占比25%，连接部件占比10%；

精度验证：每段打印完成后，采用三维扫描仪（精度±0.05mm）进行全尺寸检测，最大偏差仅0.18mm，远超设计要求。

后处理阶段

从“毛坯”到“艺术品”的72变

打印完成的立柱与圆盘只是“半成品”，真正的考验在于后处理——如何让冰冷的ABS材料焕发金属质感，并实现“由内而外”的发光效果？

表面处理：设计要求表面为“香槟金色电镀漆”，但ABS材质直接电镀易脱落。团队采用“化学粗化+导电漆底涂”工艺：

粗化：用800目砂纸打磨表面，再用铬酸溶液腐蚀，增加表面积与附着力；

底涂：喷涂导电铜浆，厚度控制在5μm，形成“金属基底”；

电镀：放入无氰电镀槽，沉积镍层（8μm）+ 金层（0.5μm），最终呈现均匀的香槟金色，耐盐雾测试达500小时以上。

灯光集成

让雕塑“呼吸”起来

中心圆盘与立柱表面分布着4000余个φ3mm透光孔，需嵌入LED灯珠并实现“渐变发光”效果。团队创新采用“预埋灯带+导光板”方案：

在打印阶段同步埋入柔性LED灯带（防水等级IP67），沿孔位螺旋排布；

表面覆盖0.5mm厚光学亚克力板，通过激光雕刻形成微结构导光，确保光线均匀透出；

控制系统集成20路调光模块，可根据开幕式流程切换暖黄、橙红、炫彩等模式。

龙骨强化

看不见的“安全守护”

为确保16.5米高的火炬塔在户外长期稳定，团队在内置钢龙骨基础上，额外增加“打印层+玻璃纤维网格布”复合加固层：

龙骨与打印层通过M8不锈钢螺栓连接，每0.5米一个固定点；

外层打印材料中混入30%短切玻璃纤维，抗拉强度提升至45MPa（普通ABS仅30MPa）。

安装阶段

毫米级对接的“空中芭蕾”

10月1日，拆解后的28个模块从中山启运至广州奥体中心。安装团队面临两大挑战：

场地限制：中心圆盘直径8米，需在仅3米宽的施工通道中吊装；

定位精度：立柱与圆盘的对接误差需＜2mm，否则会影响整体结构强度与灯光效果。

安装总指挥陈工介绍：“我们采用‘地面预拼装+高空微调’策略。先用全站仪在地面完成模块预拼，标记对接基准线；再通过汽车吊+液压千斤顶缓慢提升，实时监测水平度与垂直度。最终，仅用7天便完成全部安装，经检测，所有对接点误差均控制在1mm以内。”

技术突破

3D打印重新定义“大型雕塑”

效率革命

从3个月到2个月，工期缩短33%

传统铸造工艺需经历模具制作（1个月）、翻模（1个月）、焊接（0.5个月）、表面处理（0.5个月），总周期超3个月。而金石三维的3D打印方案：省去模具费用（节约80万元）；打印与后处理并行（如打印第3段立柱时，已完成第1段的电镀）；现场仅需简单组装，无需大规模焊接。

艺术解放

复杂造型不再“望而却步”

火炬塔的立柱采用“双螺旋上升”曲面，传统工艺需人工敲凿修正，难以保证对称性。3D打印则直接“复制”数字模型，曲面误差＜0.2mm，连设计师都惊叹：“这正是我们想要的流动感！”

功能集成

“打印即成品”的制造哲学

从结构龙骨到灯光通道，从表面纹理到防腐涂层，火炬塔的核心功能均在打印阶段同步实现。这种“一体化制造”模式，不仅减少了后期返工，更让“设计即落地”成为可能。

此次全运会主火炬塔项目的成功落地，是金石3D打印技术在大型文创雕塑产品领域的完美应用，它证明了3D打印不仅能做“小而精”的文创，更能扛起“大而重”的国家工程，为3D打印赋能大型赛事提供了典范。

未来，金石三维将继续深耕“3D打印+文创+工程”赛道，用科技赋能更多文化地标、城市景观与产业创新。我们相信，中国智造的下一个奇迹，将由我们共同书写。

注：本文内容来自自由三维打印，部分内容有修改

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