連 靜

河南省安陽幼兒師范高等?？茖W(xué)校 河南安陽 455000

3D打印技術(shù)在幼兒玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)中的應(yīng)用

連 靜

河南省安陽幼兒師范高等專科學(xué)校 河南安陽 455000

3D打印技術(shù)能迅速將設(shè)計(jì)創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，玩教具是幼兒園教學(xué)，幼兒活動必不可少的載體，3D打印技術(shù)打印玩教具，滿足了兒童的個性化需求，也使設(shè)計(jì)創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)。3D打印技術(shù)在玩教具的設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)的應(yīng)用將為玩教具制造帶來一個新的契機(jī)。

3D打印技術(shù)；玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)

3D打印技術(shù)能迅速將設(shè)計(jì)創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，引領(lǐng)了制造流程的變革，正逐漸改變世界。3D打印的應(yīng)用未來將變得平臺化、智能化、系統(tǒng)化，3D打印與機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域的結(jié)合也將更加密切，此外，3D打印技術(shù)也將成為萬千創(chuàng)客發(fā)揮創(chuàng)意、小型團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性、推動萬眾創(chuàng)新的重要助力。3D打印工已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、文物保護(hù)、教育、航天科技、軍事、生物醫(yī)療、食品產(chǎn)業(yè)及其他需要創(chuàng)新設(shè)計(jì)的行業(yè)。3D打印技術(shù)在幼兒玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)中的應(yīng)用已初見倪端，亦有大刀闊斧進(jìn)軍玩教具生產(chǎn)市場的苗頭。

傳統(tǒng)工藝下，一件玩教具從概念到設(shè)計(jì)，再到量產(chǎn)和銷售，可能需要幾個月甚至更久的周期。而運(yùn)用3D打印技術(shù)，這個過程有可能縮短到幾周甚至更短。若僅僅呈現(xiàn)出成品，也許就是幾個小時的時間。玩教具生產(chǎn)制造中，利用3D打印技術(shù)可直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中打印出任何形狀的零件或者整體，直接避免了傳統(tǒng)制造的多個步驟，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率和降低成本，讓玩教具制造煥然一新。就單說玩具制造行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國進(jìn)口玩具的三分之一、歐盟進(jìn)口玩具的2/3均為中國制造，中國堪稱是玩具制造大國。如今3D數(shù)字化是制造行業(yè)的大背景，3D打印技術(shù)的加入，尤其在玩教具的設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)的應(yīng)用將是一個新的契機(jī)，將為我國玩具及玩教具制造帶來新的機(jī)遇。

1 傳統(tǒng)玩教具的設(shè)計(jì)開發(fā)

1.1 傳統(tǒng)玩教具特點(diǎn)

玩是兒童的天性。玩教具制作常常被作為一種寓教于樂的方式。幼兒在游戲和生活中使用的玩具、教具，它們是兒童的親密伙伴，兒童在玩玩具的過程中認(rèn)識世界，培養(yǎng)幼兒的創(chuàng)造力、動手能力、自主探究的發(fā)展的能力。對于兒童來說，玩具也是教具，教具有時亦是玩具。玩教具是幼兒園教學(xué)，幼兒活動必不可少的載體，是幼兒成長發(fā)展的主要媒介。

1.2 傳統(tǒng)玩教具的制作

這里談到的更多是幼兒園自制玩教具。幼兒園自制玩具是與商品玩具相對的一種玩具，顧名思義，是自己制作、非工業(yè)化生產(chǎn)、不用于商業(yè)流通的玩具，一般由成人為幼兒制作或與幼兒共同制作。它是一種教學(xué)或輔助教學(xué)的用品，教師可根據(jù)教育需要和幼兒發(fā)展需要，對各種材料進(jìn)行分類、加工、改造、組合，重新進(jìn)行玩具教育因素設(shè)計(jì)。

1.3 傳統(tǒng)玩教具的功能

現(xiàn)代工業(yè)制度下成品或商品玩教具設(shè)計(jì)較為完善，外形美觀，更能吸引兒童進(jìn)行參與。玩教具的精美化、智能化、批量化，使幼兒與玩教具的關(guān)系更為強(qiáng)調(diào)視覺刺激和感官享受。好的玩教具的設(shè)計(jì)能使幼兒在操作的過程中，輕松愉悅的表達(dá)感情，樹立自信心，既能滿足幼兒園上課需要，減輕教師自制玩教具的壓力，又能投放到區(qū)域活動中，彌補(bǔ)玩教具的不足，供幼兒自主操作。

自制玩教具由于材料的形狀、用途的不固定和玩教具玩法的不受限制，啟發(fā)性較大，聯(lián)想和探索余地較寬，容易引起幼兒的好奇心和探索行為。自制玩教具是為了彌補(bǔ)成品玩具的不足而設(shè)計(jì)的，自制玩教具構(gòu)思要新穎，外形要獨(dú)特，能激發(fā)幼兒的想象和創(chuàng)造。而最重要的就是選材，有充分的想象力和創(chuàng)造力把生活中的“廢舊垃圾”變成人見人愛的玩教具。如自然類材料樹葉、石頭，樹枝、等紙制品；印刷類材料，教師可以在生活中收集紙盒、禮品包裝盒、紙箱等紙類制品的可塑性強(qiáng)，操作方便，還可以隨意添畫，充滿趣味性；塑料類材料如廢棄的飲料瓶等。幼兒園自制玩教具具有低碳、環(huán)保，有針對性的輔助教學(xué)等特點(diǎn)，豐富的可操作的物質(zhì)材料，讓孩子們在自制的過程中發(fā)展自己的各方面能力讓幼兒在充分的活動中得以滿足，獲得知識、技能的提高。

2 3D打印技術(shù)在幼兒玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)中的應(yīng)用

2.1 3D打印技術(shù)改變傳統(tǒng)玩教具制作的模式

玩教具制作等傳統(tǒng)的模具制造領(lǐng)域，往往模具生產(chǎn)時間長，成本高。將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，還能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的錯誤，避免更改后續(xù)工序所造成的大量損失，顯著提高了新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率，降低了新產(chǎn)品研發(fā)成本。見圖1。

圖1 3D打印玩具模型

2.2 3D打印技術(shù)在幼兒玩教具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.2.1 將兒童畫變成玩具，讓兒童自行打印玩具

3D打印技術(shù)打印玩教具，滿足了兒童的個性化需求，也使設(shè)計(jì)創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)。一名叫Moyupid的設(shè)計(jì)師，用3D 打印技術(shù)，將孩子的畫制作成了現(xiàn)成的玩具，不僅創(chuàng)意十足，還讓孩子擁有了獨(dú)一無二的玩具。家長或幼師可以通過3D打印機(jī)，將一整版的零部件打印出來，然后進(jìn)行組裝，和孩子一起親手制作玩具，這個過程簡單卻有趣。不論是星球大戰(zhàn)還是變形金剛、奧特曼一系列男孩子愛玩的玩具，還是對于女孩喜歡的芭比娃娃。例如在打印出芭比娃娃外形之后，可以運(yùn)用3D打印筆，直接在服裝區(qū)域制作服裝，若孩子在制作過程中有失誤或者喜歡不斷設(shè)計(jì)不同服裝造型，也可以撕掉剛才的弄壞的部分，不會影響的到整體的效果，這需要魔術(shù)貼帶進(jìn)行輔助。見圖2，見圖3。

圖2 用3D打印技術(shù)將兒童畫變成玩具

全民創(chuàng)造的DIY，“創(chuàng)客運(yùn)動”的工業(yè)化，就可以把創(chuàng)意高效能地變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。對個人生活而言，老師可以帶著幼兒，父母可以帶著自己的孩子改進(jìn)制作小型飛艇、遙控飛機(jī)，也可以讓孩子們下載或修改開源的軟件，然后在3D打印機(jī)上打出“過家家”的整套玩具。3D打印憑借這樣的數(shù)字生產(chǎn)工具和Arduino這樣的實(shí)體計(jì)算平臺，人們可以在自家桌面上制造精密復(fù)雜的產(chǎn)品原始模型，3D打印則有利于個性化和定制化，數(shù)字制造時代的我們可以在大規(guī)模生產(chǎn)與定制之間做出選擇，卻不用支付昂貴的手工制作費(fèi)用。

圖3 用3D打印筆制作芭比娃娃服裝

2016年2月24日的紐約玩具展中，玩具制造商美泰公司宣布它將發(fā)售一款價格實(shí)惠的3D打印機(jī)，讓兒童自行在家設(shè)計(jì)并打印玩具。3D打印機(jī)和一款A(yù)PP相連接。兒童可以在iPad、手機(jī)、電腦上設(shè)計(jì)玩具，然后再進(jìn)行打印并組裝部分。這款A(yù)PP可以讓兒童自定義現(xiàn)有的角色模板，在進(jìn)行一些練習(xí)之后，他們就可以從零開始塑造自己的角色了。設(shè)計(jì)完成之后，你可以選擇使用他們的3D打印機(jī)或其它3D打印機(jī)進(jìn)行打印。在打印過程中，Thing Maker會將新玩具打印成不同部分，彼此之間通過球窩接頭進(jìn)行連接。這一過程會花費(fèi)幾分鐘至數(shù)小時，具體取決于其復(fù)雜程度，而兒童可以通過一扇透明門觀察到這一切的發(fā)生。Thing Maker推動了想象游戲的邊界，給家庭帶去無數(shù)種方式進(jìn)行玩具自定義，讓他們的想象力得以馳騁。這種能自己設(shè)計(jì)并將設(shè)計(jì)的內(nèi)容直接打印出成品的過程將會不斷釋放兒童的創(chuàng)造力。每一次技術(shù)的更新都會改變我們的生活。見圖4。

圖4 3D打印花園裝飾組合玩具

2.2.2 幼兒教師根據(jù)兒童特點(diǎn)有目的的進(jìn)行玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)

幼兒園教育教學(xué)活動中，通過教學(xué)設(shè)計(jì)，巧妙的利用玩教具進(jìn)行科學(xué)、藝術(shù)、語言、社會、健康教育。 玩教具要構(gòu)思新穎，有利于幼兒想象與創(chuàng)造的；符合科學(xué)性，并且要符合幼兒身心發(fā)展的特點(diǎn)與水平。能激發(fā)幼兒的興趣，利于幼兒操作與探索，讓幼兒在操作中發(fā)現(xiàn)解決問題，通過教具使用更為直觀和有效的完成教學(xué)目標(biāo)。自制的玩教具通過設(shè)計(jì)、制作加工，再完成建模，并打印出來。當(dāng)然，自制玩教具的材料與3D打印出來的材料肯定不一樣，具體制作打印要看我們的目的是用于開發(fā)產(chǎn)品還是僅僅為了展示效果。見圖5。

圖5 西安市幼兒園3D打印作品

玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)最好能成立一個團(tuán)隊(duì)。首先根據(jù)需求設(shè)計(jì)制作自制玩教具，或者直接繪制圖紙，也可以直接在電腦上制作。接著可以通過多維拍攝掃描將制作的玩教具數(shù)字信息傳輸?shù)诫娔X上，建模成功后，經(jīng)過修改確定，用3D打印機(jī)打印出來成品。若需要多種材料，在目前3D打印機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上，可以豐富其材料。也可以根據(jù)需求，將設(shè)計(jì)好的模型模板用傳統(tǒng)的方式制作出來。見圖6。

圖6 3D數(shù)字模型

3 對3D打印在玩教具設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用中的保護(hù)

3D打印技術(shù)不僅是一次重大技術(shù)革命，更是對傳統(tǒng)制造業(yè)的一次顛覆。數(shù)字化、智能化的3D打印技術(shù)的快速演進(jìn)，正在顛覆人們的想象。當(dāng)傳統(tǒng)制造業(yè)流水線上的產(chǎn)品都可以方便快捷地通過3D打印技術(shù)被復(fù)制時，應(yīng)盡快建立3D打印知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系，正確引導(dǎo)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，確保各方合法利益不受侵害。

在技術(shù)上，Secured3D保護(hù)3D打印設(shè)計(jì)。Secured3D允許任何人在打印機(jī)上，完全按照設(shè)計(jì)者意圖打印設(shè)計(jì)文件。它還允許設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行收費(fèi)處理，發(fā)展自己的3D iTunes Store銷售對象。Secured3D還提供了遠(yuǎn)程控制盒（黑盒），取代U盤，SD卡，確切的指定打印機(jī)控制精確打印。如果你是一個3D設(shè)計(jì)師，您只需上傳您的3D設(shè)計(jì)文件到Secured3D云，并且發(fā)送給任何人用于一次性打印，保護(hù)了3D打印設(shè)計(jì)文件。

4 3D打印玩教具的弊端與改進(jìn)方法

4.1 3D打印材料、色彩單一

自制玩教具的材料較為豐富多樣化，而目前供3D打印機(jī)使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機(jī)粉料、光敏樹脂、塑料等。雖然新聞常有報(bào)道說有以玉米粉末、硅膠或者是樹脂等新材料。但塑料類耗材因?yàn)槠鋬r格便宜、塑形性好等等優(yōu)勢仍然是市場的主流。

絕大多數(shù)的3D打印機(jī)只能打印一種或性質(zhì)接近的幾種材料。出現(xiàn)混合材料或多種材料的打印機(jī)也是未來的趨勢。目前所謂具有繽紛色彩打印功能的單噴頭多彩打印機(jī)，是需要中斷打印，更換打印材料，無法實(shí)現(xiàn)程控。材料的單一對玩教具的質(zhì)感、視覺沖擊力都會減弱，有時恐怕難以吸引兒童注意力。但如果僅僅作為設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)，為后期成品提供樣品與設(shè)計(jì)成稿，確實(shí)有很大的作用。另外由于兒童會觸摸到這些玩教具，其制作材料一定要符合安全標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生要求。

3D打印有定位在高端設(shè)計(jì)愛好者的3D打印機(jī)，同時也有定位低齡化的3D打印筆。相對于3D打印的精細(xì)建模，3D筆更多是隨性地進(jìn)行繪畫類創(chuàng)作，更具有創(chuàng)意和藝術(shù)啟發(fā)性，許多家長也會將3D筆作為一種啟發(fā)兒童智力的玩具和教具買回去。市面上普遍的3D筆都是熱熔原理的，存在燙傷的危險。對小孩子的身體和環(huán)境都有損害。淘寶眾籌有一款名為“啟跑線”3D筆，這款筆突破性研發(fā)了“光固化技術(shù)”作為上述兩個問題的解決方案。大大降低了3D筆的危險，安全性大大提升。越來越多的迭代和新材料被應(yīng)用在3D打印上，其價格也越來越親民。相信在不遠(yuǎn)的將來會有更多更成熟的3D類產(chǎn)品問世，3D技術(shù)會悄悄走進(jìn)我們每一個人的家庭。見圖7。

圖7

4.2 傳統(tǒng)3D打印機(jī)打印速度慢

傳統(tǒng)3D打印機(jī)打印速度慢，一個10公分立方體的物體，打印時間大約20個小時左右?，F(xiàn)代3D打印機(jī)技術(shù)不斷更新，例如比傳統(tǒng)3D打印快100倍的CLIP液態(tài)3D打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。而目前3D打印技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用大多在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)環(huán)節(jié)，對于大批量的生產(chǎn)，還是采用的傳統(tǒng)模具化的生產(chǎn)方式。

4.3 3D打印精度有待加強(qiáng)

普通3D打印機(jī)精度不夠，打印不了精度要求很高的物體，生產(chǎn)出來的模具邊緣處毛糙，需要用工具打磨。而兒童玩教具的生產(chǎn)，對產(chǎn)品的表面的光澤度、觸摸感都需要有很高的要求。一點(diǎn)容易劃傷皮膚的粗糙都不能有，這是為了兒童在使用玩教具中的安全性所考慮。同時，生產(chǎn)出來的玩教具，視覺看起來有光澤，觸摸起來手感舒適，兒童更愿意接觸這些玩教具。

4.4 3D打印玩教具剝奪了幼兒教學(xué)玩的過程

傳統(tǒng)的自制玩教具是一種工具，也是一種手段，玩教具為幼兒提供各種動手操作的機(jī)會，是教學(xué)玩的一個過程，而3D打印剝奪 了這個教學(xué)玩的過程，更多的是呈現(xiàn)一種結(jié)果。

工業(yè)制品的玩教具的精美化、智能化、批量化，即決定了幼兒與玩教具的關(guān)系更為強(qiáng)調(diào)視覺刺激和感官享受。同時，也導(dǎo)致了玩教具失去了應(yīng)具備的動手、動腦、交流等功能。簡單的玩具可以有多種用途，留有很大的想象余地，兒童不易感到厭倦。而結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的玩具則有功能的局限，留給學(xué)前兒童想象的余地較小，而自制玩教具為學(xué)前兒童創(chuàng)造了自己能夠掌握的想象世界。 3D技術(shù)打印出來的玩教具呈現(xiàn)出精美化的形象，但是缺少了自制玩教具多種材料組合，少了生動也少了開發(fā)兒童想象力的空間。但是使簡單易損壞的自制玩教具能夠長久保存下來，同時為玩教具后期的開發(fā)，提供了模板。

5 結(jié)語

3D打印技術(shù)是一種能夠改變我們生活方式的一種技術(shù)，3D打印技術(shù)還有更大的發(fā)展空間。隨著創(chuàng)客教育的風(fēng)潮越來越火，作為其中的關(guān)鍵創(chuàng)意開發(fā)環(huán)節(jié)，3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)課逐步進(jìn)入到各大、中、小學(xué)。學(xué)生很積極的完成3D作品，并且涌現(xiàn)了不少優(yōu)質(zhì)的圖紙，如生活用品、玩具禮品以及教具等。3D打印技術(shù)越來越多的進(jìn)入到教育領(lǐng)域。希望在不久的將來，3D打印技術(shù)能在幼兒玩教具設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)新的生機(jī)，為孩子們的愿望插上羽翼。

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