3D 打印進步讓玩具研制更出彩

本刊記者 盧子銘

3D 打印進步讓玩具研制更出彩

Progressing 3D Printing Gives A Drive in Toy Design

本刊記者 盧子銘

3D打印正式投入工業應用至今已有數年，為傳統制造業研發新品提供了極大的便利。隨著該項技術水平的提高，其在玩具業內的應用也不斷增加。3D打印的優勢在于其個性化定制，玩企借此能在研發階段省去模具制作的成本，據記者了解，3D打印機已是不少玩企研發部門的必備硬件。現在的3D打印技術能夠實現哪些功能？給玩具設計、制造和使用方式帶來哪些創新？

3 D打印技術最新發展

3D打印技術發展至今，實際上已有30年，今天的3D打印技術和應用已漸成規模。目前主流的3D打印技術有幾種：

1、FDM根據軟件預設的坐標擠出熱塑性塑料絲，自下而上逐層構建零件。它是唯一使用生產級別熱塑性塑料的專業3D打印技術。

2、SLA須使用光敏樹脂為材料，通過紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐層固化，最終得到完整的產品。

3、DLP通過投影儀來逐層固化光敏聚合物液體，從而創建出3D打印對象。

4、SLS在計算機控制下按照截面輪廓對工作臺上均勻鋪上的原料粉末材料進行選擇性燒結，經過激光束掃描后的粉末就燒結成一定厚度的實體片層，直至掃描完所有層面。

另外還包括金屬打印，以及少數其他物料的打印設備。

據了解，最新的技術不以3D打印為單獨操作，應用企業會把3D打印結合到自動化工作流程或機械工程生產系統，例如美國Stratasys 3D打印機開發公司最近與德國西門子合作研發的RC3D Demonstrator，以8軸機器人配上3D打印噴頭，打破過往3D打印概念所使用的標淮逐層構建方式。最近在美國 TCT+RAPID展 出 的 Continuous Build 3D Demonstrator，亦展示出結合自動化和3D打印的流程，實現大規模定制之余又只需極少人工干涉，就能滿足企業的生產需求。

工業用3D打印機

玩具業應用以主流技術為主

3D打印的出現，助企業快速開發迭代式的產品；實現傳統制造模式無法完成的復雜原型設計；新產品設計無需外包，不必擔心信息泄露。那么具體到我們的玩具業，目前應用3D打印的情況如何？對此，Stratasys公司代表認為：

“依我們所見，玩具行業的趨勢目前還是走主流3D打印應用，玩具生產商利用工業級3D打印設備制作不同款式的玩具模型，為早期設計作概念評估，或中期設計不同種類的功能和安全測試。玩具企業按照想要測試產品不同功能時應用不同的材料或不同的機種，例如以FDM配合ABS或PC材料作鎖扣和裝配測試，另外也會利用最新的全彩設備制作彩色多材料原型，測試顏色和部件軟硬度的比例和協調。一些新興玩企也會利用比較輕巧或桌面3D打印機定制玩具，例如刻上名字或特別符號的擺設之類，這類型的公司規模未必比得上傳統玩企，不過卻帶動另一門新興的潮流和業務。”

據了解，Stratasys公司為了推動3D打印在玩具業中的應用，曾與不同的玩具制造協會舉辦跨行業應用研討會和演講，并與合作伙伴參展玩具展（如4月初便參加了第29屆廣州玩具展），向不同的企業介紹3D打印于行業目前的應用與趨勢。

多種技術配合進行測試

Stratasys公司的代表介紹，目前他們的玩企合作伙伴會綜合多種3D打印技術，為正在研發的新品進行綜合測試。“以香港玩具制造商ToyState International Ltd.為例，他們利用塑料制作早期設計和功能性原型的模型進行性能測試。針對表面細節需要精細的概念模型和小型工具，該公司的設計團隊會利用 PolyJet 打印機制作原型（PolyJet 3D 打印技術與噴墨打印方式類似，但它并非在紙張上噴射墨滴，而是將液態光敏樹脂材料噴射到構建托盤上，并通過紫外光將其固化）。不過對于某些擁有薄壁的玩具及需要比較堅硬材料進行反復性能測試時 (例如無人機的框架)，設計團隊就會利用 FDM設備，配合PC-ABS（工程塑料）打印出硬度和堅韌度相當的模型。

“另外亦有玩具企業利用全彩3D打印機制造彩色玩具，測試嬰兒玩具的顏色對比，并混合材料作3D打印模擬玩具不同部分的肖氏硬度比較。”

3D打印玩具

3 D打印技術發展兩大趨勢

Stratasys公司相信，未來的3D打印技術發展會集中在材料拓展和設計軟件配合兩大方面。更多種類的材料如生物兼容材料（不會引起機體免疫系統攻擊的生物體嵌入物質）和靜電耗散材料（介于導體和絕緣材料之間的一類材料，有利于靜電放電過程不損害需要保護的靜電敏感元器件）等。而與3D打印技術搭配的軟件也會提供從設計到生產的一站式服務，簡化3D打印工作流程，兼容更多不同的檔案格式等。