3D打印技術(shù)在玩具創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘? 要：3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具設(shè)計領(lǐng)域，能夠有效解決目前玩具開發(fā)中遇到的難題，并為玩具的創(chuàng)新設(shè)計提供新的發(fā)展方向。3D打印技術(shù)在玩具創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用研究根據(jù)3D打印技術(shù)的特點，分析3D打印技術(shù)在玩具設(shè)計中的技術(shù)優(yōu)勢，總結(jié)出3D打印技術(shù)對玩具設(shè)計不僅是設(shè)計方式的創(chuàng)新，更是玩具設(shè)計理念的創(chuàng)新，從玩具時尚造型、個性化定制、用戶體驗、可持續(xù)性四個方面，探討3D打印技術(shù)在玩具設(shè)計中的創(chuàng)新應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印;玩具設(shè)計;個性化定制;創(chuàng)造性游戲體驗

基金項目：本文系上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)校企重點課程建設(shè)項目“計算機輔助三維設(shè)計初步”（1011XQ211004-A22）階段性研究成果。

隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實、5G等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，改變了人們的娛樂方式，對玩具市場產(chǎn)生了沖擊。在消費結(jié)構(gòu)升級的背景下，人們對玩具的需求更加注重以消費者個體為核心的深度訴求。消費者需求的變化倒逼市場尋求更加靈活的生產(chǎn)方式和更加新穎的產(chǎn)品樣式，3D打印技術(shù)，成為玩具創(chuàng)新發(fā)展的新動能。世界著名玩具公司美泰、孩之寶、樂高也聯(lián)手全球3D打印巨頭公司研發(fā)3D打印玩具的商業(yè)應(yīng)用。在我國，3D打印玩具的應(yīng)用還處于初級階段，但從長遠發(fā)展看，3D打印技術(shù)為我國玩具的創(chuàng)新設(shè)計提供全新的發(fā)展思路。

一、3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具設(shè)計的技術(shù)優(yōu)勢

3D打印技術(shù)，又稱“增材制造技術(shù)”，是通過三維數(shù)字化模型，采用材料逐層累加的方式制造實體零件的技術(shù)[1]。近年來，3D打印技術(shù)已經(jīng)在航空航天、汽車制造、生物醫(yī)療、教育教學(xué)、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域進行了具有商業(yè)價值的應(yīng)用，在玩具設(shè)計制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)不僅可以用于玩具的原型設(shè)計，還可以直接制造全新的玩具。

與傳統(tǒng)工藝相比，3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具開發(fā)設(shè)計的優(yōu)勢是開發(fā)周期短、加工成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)個性化定制，而且節(jié)能環(huán)保。第一，3D打印數(shù)字化原型制造方案，簡化了玩具設(shè)計流程，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，加速了產(chǎn)品的更新迭代。更重要的是，3D打印技術(shù)不需要開模具，可以直接打印出玩具，基于PolyJet的全彩3D打印技術(shù)，能匹配指定的Pantone顏色，支持不同性能的材料同時打印，高效打印出具有豐富顏色、多層次質(zhì)感且精致復(fù)雜細節(jié)的成品。第二，3D打印玩具造型更加豐富，能夠制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。大部分傳統(tǒng)玩具是塑料注塑工藝加工而成，但是注塑對復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尤其是壁厚不均的結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致塑膠件縮水、變形甚至破裂，而3D打印技術(shù)不會出現(xiàn)這個問題。3D打印適合打造薄壁和復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，還可以實現(xiàn)一些免裝配設(shè)計[2]的具有復(fù)雜機械原理功能的結(jié)構(gòu)。第三，3D打印玩具能夠?qū)崿F(xiàn)按需生產(chǎn)，滿足用戶個性化定制需求。企業(yè)甚至可以先進行產(chǎn)品預(yù)定，再進行生產(chǎn)加工。第四，3D打印使用數(shù)字化文件，可以有效提高玩具在設(shè)計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的加工效率，不受空間和地域的限制，隨時隨地把玩具打印出來。

二、3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具創(chuàng)新設(shè)計的意義

3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具設(shè)計開發(fā)中，豐富了玩具創(chuàng)新的設(shè)計手段和設(shè)計方式，使設(shè)計師擺脫傳統(tǒng)玩具制造工藝的束縛，為玩具創(chuàng)新設(shè)計提供了更廣闊的設(shè)計空間。3D打印技術(shù)能夠根據(jù)消費者多元化需求和市場變化及時進行產(chǎn)品迭代更新。與傳統(tǒng)玩具設(shè)計方式相比，3D打印玩具不僅呈現(xiàn)形式更豐富，而且鼓勵用戶參與玩具的設(shè)計和創(chuàng)造的過程[3]，既能滿足用戶基于個性化特征的定制需求，又能在創(chuàng)造過程中增強用戶的游戲體驗。因此，3D打印應(yīng)用于玩具設(shè)計不僅是技術(shù)方式的創(chuàng)新，更為玩具設(shè)計帶來全新的設(shè)計理念。玩具創(chuàng)新設(shè)計不僅要詮釋時尚和個性化理念，還要將用戶創(chuàng)造性體驗理念融入玩具創(chuàng)新設(shè)計中。3D打印技術(shù)賦予了玩具新的內(nèi)涵，引領(lǐng)了一種全新時尚的娛樂方式。

三、3D打印技術(shù)在玩具設(shè)計中的創(chuàng)新應(yīng)用

（一）基于時尚理念的玩具創(chuàng)新

玩具有時尚潮流產(chǎn)品屬性[4]。一款玩具要脫穎而出，首要的設(shè)計策略必須是產(chǎn)品具有獨特的個性，且能順應(yīng)時代潮流的發(fā)展趨勢。時尚的理念體現(xiàn)了3D打印技術(shù)以獨特的視覺形態(tài)帶給用戶獨特的審美感受，同時也體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)融入傳統(tǒng)文化的時尚表達方式。

1.突破傳統(tǒng)玩具的造型設(shè)計

3D打印以數(shù)字化技術(shù)使玩具呈現(xiàn)出全新的形態(tài)和表現(xiàn)形式。參數(shù)化設(shè)計與3D打印技術(shù)完美結(jié)合，產(chǎn)品造型更具獨特的形式美感和科技感，能夠產(chǎn)生巨大的視覺沖擊力，容易與用戶產(chǎn)生情感共鳴[5]，還可以根據(jù)用戶需求創(chuàng)造出無限可能。3D打印技術(shù)適合制造結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的玩具，例如總部位于紐約的Proxy設(shè)計工作室設(shè)計的一款具有球面齒輪結(jié)構(gòu)的3D打印桌面玩具（如圖1），旋轉(zhuǎn)一個齒輪，能帶動整個球體旋轉(zhuǎn)，通過手的轉(zhuǎn)動為使用者帶來視覺和觸覺的雙重體驗。

2.傳承與發(fā)展具有傳統(tǒng)文化內(nèi)涵的玩具

從中國傳統(tǒng)文化的視角切入3D打印玩具設(shè)計，能夠為玩具的創(chuàng)新帶來更大的想象空間和豐富的文化內(nèi)涵。3D打印技術(shù)與中國傳統(tǒng)文化融合，為玩具的創(chuàng)新設(shè)計帶來新穎的內(nèi)容與樣式。其一，深入挖掘更廣泛的中國傳統(tǒng)文化元素，延伸玩具創(chuàng)意設(shè)計元素，以時尚的玩具為載體，更多承載并傳播中國傳統(tǒng)文化;其二，3D打印技術(shù)重新詮釋出古老游戲的魅力，使其在審美層面有強烈的新鮮感[6]，又能借助3D打印技術(shù)多角度展現(xiàn)傳統(tǒng)游戲。皮影戲是一種傳統(tǒng)的民間戲劇形式，由于時代的變遷以及制作工藝難度大等多種復(fù)雜原因，皮影戲面臨失傳的危機。以皮影戲為主題元素進行玩具設(shè)計，結(jié)合3D打印技術(shù)，能夠更加貼切地體現(xiàn)這門古老藝術(shù)的表現(xiàn)形式和制作工藝。運用3D打印制作皮影戲道具，一方面可以將傳統(tǒng)皮影戲里的角色人物或道具進行再創(chuàng)作，注重對古老皮影文化時尚與現(xiàn)代的詮釋;另一方面可以將復(fù)雜的皮影戲的制作工藝進行藝術(shù)化再設(shè)計，實現(xiàn)并拓展對皮影戲制作工藝的體驗設(shè)計。3D打印技術(shù)融合中國傳統(tǒng)文化應(yīng)用于玩具設(shè)計，既能滿足消費者對時尚國潮風(fēng)玩具的強烈需求，又能讓深厚的民族文化在游戲中得以傳承和發(fā)展。

（二）基于個性化定制理念的玩具創(chuàng)新

傳統(tǒng)的玩具設(shè)計主要是面向14歲以下的兒童，為兒童在不同成長階段提供娛樂產(chǎn)品。在消費升級的背景下，玩具作為一種游戲娛樂的工具，不再是專屬兒童的物品，而是面向更多年齡階段的消費者以及殘疾人等弱勢群體。3D打印技術(shù)能夠根據(jù)不同的消費群體以及群體中的個體需求，提供差別化定制設(shè)計，賦予玩具強大的生命力。

1.針對特殊群體進行玩具定制設(shè)計

3D打印為特殊群體進行個性化玩具定制，比如為盲童、自閉癥兒童、老年人等開發(fā)玩具，具有重要的意義。對于特殊群體的玩具定制設(shè)計，堅持以人為本的設(shè)計理念，關(guān)注他們的需求，用玩具為他們營造一個愉快的生活氛圍，可以讓他們參與到有趣的玩具設(shè)計制造中。玩具在游戲中不僅能為他們提供教育和娛樂的體驗，還能在游戲的過程中從精神層面使他們得到充分的滿足。美國工業(yè)設(shè)計師Carlos Arturo Torres Tovar應(yīng)用3D打印技術(shù)為殘疾兒童設(shè)計了Iko創(chuàng)意假肢，兒童可以發(fā)揮想象定制專屬的義肢。殘疾兒童可以用喜歡的樂高積木組裝自己的手臂，還可以自由組裝出不同款式的手臂，家人也能參與設(shè)計和組裝，制作出來的手臂不僅具有機械性能，還能通過編程拓展手臂運動功能，同時具有個性化特征。將義肢設(shè)計與玩具設(shè)計相結(jié)合，3D打印為兒童提供了無限多的可能性，在追求功能的同時，強調(diào)了兒童參與體驗且享受與家人、朋友一起創(chuàng)造性解決方案過程的樂趣，幫助他們建立自信，更好地融入社會。

2.滿足基于個性化需求的玩具定制

3D打印能夠依據(jù)用戶的不同需求進行玩具定制，用戶也可以參與到玩具的設(shè)計定制過程，設(shè)計出具有競爭力的產(chǎn)品。3D打印玩具的個性化定制，既是對原有玩具的升級，又是對傳統(tǒng)玩具的創(chuàng)新。目前3D打印玩具的個性化定制主要體現(xiàn)在以下幾個方面：其一，用戶依據(jù)提供的玩具的不同款式顏色、紋樣等，配上個性化的簽名或者圖案，用3D打印制造一款與眾不同的專屬玩具。這種定制化思路擴展了玩具的應(yīng)用領(lǐng)域，促成了玩具的跨界融合，為玩具創(chuàng)造了新的發(fā)展空間。其二，依據(jù)人體工程學(xué)，為用戶進行真正的量身定制[7]。如利用3D打印技術(shù)為游戲用戶制作更加符合手感操作的游戲設(shè)備，滿足其對游戲舒適度的需求，增強游戲的體驗感。以任天堂的Switch游戲為例，為了滿足在不同情境下的游戲交互的需要，追求完美的游戲體驗，用戶可以通過3D打印技術(shù)打造個性化游戲配件，比如手柄支架、手柄外殼、充電底座、游戲操縱桿等，而且還可以針對殘疾人特殊需求，為其設(shè)計單手操作的游戲手柄支架，解決他們不能使用手柄的問題。其三，利用3D打印技術(shù)定制玩具部件，用戶可以發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力打印需要的玩具部件，滿足其深度探索體驗的需求，促進了玩法升級。

（三）基于創(chuàng)造性游戲體驗理念的玩具創(chuàng)新

3D打印技術(shù)更新了傳統(tǒng)的玩具觀念，消費者不再是機械地“玩”玩具，而且能在游戲的過程中運用智慧靈活地“創(chuàng)造”玩具，注重創(chuàng)造性思維的開發(fā)和用戶的參與性體驗。

1.3D打印融合信息技術(shù)，開發(fā)開放性的智能玩具

新一代信息技術(shù)帶動了玩具向智能化發(fā)展，將3D打印技術(shù)與信息技術(shù)相融合，有助于開發(fā)新穎且創(chuàng)造性強的玩具樣式。利用3D打印技術(shù)制造玩具的外觀造型，再與智能化電路結(jié)合進行玩具設(shè)計，為用戶帶來創(chuàng)造性體驗。在教育領(lǐng)域，3D打印技術(shù)為STEAM教育帶來更大的發(fā)展空間，3D打印STEAM玩具更符合兒童的認知特征，使他們在玩耍和創(chuàng)造的過程中獲得知識。3D打印技術(shù)賦予用戶更多的智慧化創(chuàng)造力，可以通過3D打印技術(shù)和開源硬件，不斷探索和制造獨一無二的玩具。因此，產(chǎn)生了新穎、互動性強且具有探索精神的開放性智能玩具，如3D打印兒童無人機、3D打印兒童賽車等，在享受親手創(chuàng)作玩具帶來愉悅感和成就感的同時，將創(chuàng)作者的情感注入玩具中，使科技化玩具更有溫度。

2.注重用戶參與性體驗

3D打印應(yīng)用于玩具設(shè)計中，提升了用戶的參與感，增強了用戶參與的主動性。美國玩具制造商美泰和歐特克公司還聯(lián)合開發(fā)了一款可以打印玩具的3D打印機Thing maker，實現(xiàn)了在家就能制造玩具的夢想。用戶在參與玩具設(shè)計的過程中，既是玩具的設(shè)計者，又是玩具的使用者，在使用過程中還可以將自己設(shè)計的玩具與其他玩家進行交流，用戶此時成為了產(chǎn)品營銷的媒介傳播者。3D打印展現(xiàn)了以玩具為核心，以創(chuàng)造的體驗方式感受樂趣，同時構(gòu)建了同伴家長共同參與玩具制作的模式，通過共同參與和解決問題感受快樂，增強了情感互動。

（四）基于可持續(xù)發(fā)展理念的玩具創(chuàng)新

從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，3D打印分布式智能制造模式[8]是一種可持續(xù)的生產(chǎn)方式。3D打印玩具更應(yīng)該從產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計角度出發(fā)，立足未來思考3D打印玩具的可持續(xù)性。首先3D打印玩具可以采用模塊化設(shè)計，既方便拼裝成不同的產(chǎn)品形態(tài)，又能根據(jù)用戶需求靈活選用不同的功能模塊，節(jié)省了不必要的消耗。對于傳統(tǒng)玩具中大量使用木材制造的兒童拼圖、積木玩具使用3D打印材料進行設(shè)計，可以盡可能減少資源浪費。其次，3D打印材料環(huán)保，被丟棄的3D打印玩具回收后可以再造玩具或用于制造其他產(chǎn)品。隨著人們對3D打印玩具可持續(xù)性的認識，將會產(chǎn)生更具潛力的玩具創(chuàng)新形式或者商業(yè)模式。歐洲的一家3D打印公司推出了“Toy Rescue”玩具救援活動，用3D打印技術(shù)幫助用戶修復(fù)損壞的玩具，以最快的速度保障用戶的娛樂需求，減少了玩具丟棄對環(huán)境的影響。

四、結(jié)語

近年來，3D打印在打印材料、技術(shù)工藝、大規(guī)模量產(chǎn)等方面有了突破性進展，其創(chuàng)新技術(shù)可以彌補傳統(tǒng)玩具制造的不足。雖然目前3D打印在玩具行業(yè)的應(yīng)用還沒有普及，隨著消費者個性化定制需求以及不斷發(fā)展的信息技術(shù)對玩具的影響，3D打印玩具的普及只是時間的問題。對于傳統(tǒng)玩具企業(yè)，應(yīng)該充分認識到3D打印技術(shù)為玩具行業(yè)帶來的巨大機遇。3D打印發(fā)揮用戶的想象力創(chuàng)造玩具，符合創(chuàng)新的時代背景，同時3D打印促使玩具在持續(xù)創(chuàng)新中融合更多的內(nèi)容，拓展玩具的內(nèi)涵并延伸玩具的領(lǐng)域，因此3D打印將成為玩具市場不可或缺的重要內(nèi)容。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于玩具創(chuàng)新設(shè)計中，時尚的產(chǎn)品氣質(zhì)激活了玩具創(chuàng)新的活力，滿足消費者的個性化定制賦予了玩具強大的生命力，創(chuàng)造性游戲體驗提升了玩具的價值，可持續(xù)理念賦予了玩具更長久的生命力。探索3D打印技術(shù)和設(shè)計理念在玩具產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用，為我國玩具的創(chuàng)新設(shè)計提供新的發(fā)展方向。

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作者簡介：高慧，碩士，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)講師。研究方向：產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、計算機輔助工業(yè)設(shè)計。