3D打印技術在玩具創新設計中的應用研究

摘? 要：3D打印技術應用于玩具設計領域，能夠有效解決目前玩具開發中遇到的難題，并為玩具的創新設計提供新的發展方向。3D打印技術在玩具創新設計中的應用研究根據3D打印技術的特點，分析3D打印技術在玩具設計中的技術優勢，總結出3D打印技術對玩具設計不僅是設計方式的創新，更是玩具設計理念的創新，從玩具時尚造型、個性化定制、用戶體驗、可持續性四個方面，探討3D打印技術在玩具設計中的創新應用。

關鍵詞：3D打印;玩具設計;個性化定制;創造性游戲體驗

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

隨著人工智能、虛擬現實、5G等信息技術的不斷發展，改變了人們的娛樂方式，對玩具市場產生了沖擊。在消費結構升級的背景下，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方式和更加新穎的產品樣式，3D打印技術，成為玩具創新發展的新動能。世界著名玩具公司美泰、孩之寶、樂高也聯手全球3D打印巨頭公司研發3D打印玩具的商業應用。在我國，3D打印玩具的應用還處于初級階段，但從長遠發展看，3D打印技術為我國玩具的創新設計提供全新的發展思路。

一、3D打印技術應用于玩具設計的技術優勢

3D打印技術，又稱“增材制造技術”，是通過三維數字化模型，采用材料逐層累加的方式制造實體零件的技術[1]。近年來，3D打印技術已經在航空航天、汽車制造、生物醫療、教育教學、文化創意等領域進行了具有商業價值的應用，在玩具設計制造領域，3D打印技術不僅可以用于玩具的原型設計，還可以直接制造全新的玩具。

與傳統工藝相比，3D打印技術應用于玩具開發設計的優勢是開發周期短、加工成本低，能夠實現個性化定制，而且節能環保。第一，3D打印數字化原型制造方案，簡化了玩具設計流程，縮短了產品開發周期，加速了產品的更新迭代。更重要的是，3D打印技術不需要開模具，可以直接打印出玩具，基于PolyJet的全彩3D打印技術，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、多層次質感且精致復雜細節的成品。第二，3D打印玩具造型更加豐富，能夠制造復雜的結構。大部分傳統玩具是塑料注塑工藝加工而成，但是注塑對復雜結構，尤其是壁厚不均的結構，容易導致塑膠件縮水、變形甚至破裂，而3D打印技術不會出現這個問題。3D打印適合打造薄壁和復雜幾何結構，還可以實現一些免裝配設計[2]的具有復雜機械原理功能的結構。第三，3D打印玩具能夠實現按需生產，滿足用戶個性化定制需求。企業甚至可以先進行產品預定，再進行生產加工。第四，3D打印使用數字化文件，可以有效提高玩具在設計和生產環節的加工效率，不受空間和地域的限制，隨時隨地把玩具打印出來。

二、3D打印技術應用于玩具創新設計的意義

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

三、3D打印技術在玩具設計中的創新應用

（一）基于時尚理念的玩具創新

玩具有時尚潮流產品屬性[4]。一款玩具要脫穎而出，首要的設計策略必須是產品具有獨特的個性，且能順應時代潮流的發展趨勢。時尚的理念體現了3D打印技術以獨特的視覺形態帶給用戶獨特的審美感受，同時也體現了現代技術融入傳統文化的時尚表達方式。

1.突破傳統玩具的造型設計

3D打印以數字化技術使玩具呈現出全新的形態和表現形式。參數化設計與3D打印技術完美結合，產品造型更具獨特的形式美感和科技感，能夠產生巨大的視覺沖擊力，容易與用戶產生情感共鳴[5]，還可以根據用戶需求創造出無限可能。3D打印技術適合制造結構更復雜的玩具，例如總部位于紐約的Proxy設計工作室設計的一款具有球面齒輪結構的3D打印桌面玩具（如圖1），旋轉一個齒輪，能帶動整個球體旋轉，通過手的轉動為使用者帶來視覺和觸覺的雙重體驗。

2.傳承與發展具有傳統文化內涵的玩具

從中國傳統文化的視角切入3D打印玩具設計，能夠為玩具的創新帶來更大的想象空間和豐富的文化內涵。3D打印技術與中國傳統文化融合，為玩具的創新設計帶來新穎的內容與樣式。其一，深入挖掘更廣泛的中國傳統文化元素，延伸玩具創意設計元素，以時尚的玩具為載體，更多承載并傳播中國傳統文化;其二，3D打印技術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打印技術多角度展現傳統游戲。皮影戲是一種傳統的民間戲劇形式，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計，結合3D打印技術，能夠更加貼切地體現這門古老藝術的表現形式和制作工藝。運用3D打印制作皮影戲道具，一方面可以將傳統皮影戲里的角色人物或道具進行再創作，注重對古老皮影文化時尚與現代的詮釋;另一方面可以將復雜的皮影戲的制作工藝進行藝術化再設計，實現并拓展對皮影戲制作工藝的體驗設計。3D打印技術融合中國傳統文化應用于玩具設計，既能滿足消費者對時尚國潮風玩具的強烈需求，又能讓深厚的民族文化在游戲中得以傳承和發展。

（二）基于個性化定制理念的玩具創新

傳統的玩具設計主要是面向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打印技術能夠根據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、老年人等開發玩具，具有重要的意義。對于特殊群體的玩具定制設計，堅持以人為本的設計理念，關注他們的需求，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。美國工業設計師Carlos Arturo Torres Tovar應用3D打印技術為殘疾兒童設計了Iko創意假肢，兒童可以發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。將義肢設計與玩具設計相結合，3D打印為兒童提供了無限多的可能性，在追求功能的同時，強調了兒童參與體驗且享受與家人、朋友一起創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計定制過程，設計出具有競爭力的產品。3D打印玩具的個性化定制，既是對原有玩具的升級，又是對傳統玩具的創新。目前3D打印玩具的個性化定制主要體現在以下幾個方面：其一，用戶依據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用領域，促成了玩具的跨界融合，為玩具創造了新的發展空間。其二，依據人體工程學，為用戶進行真正的量身定制[7]。如利用3D打印技術為游戲用戶制作更加符合手感操作的游戲設備，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打印技術定制玩具部件，用戶可以發揮自己的想象力和創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）基于創造性游戲體驗理念的玩具創新

3D打印技術更新了傳統的玩具觀念，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“創造”玩具，注重創造性思維的開發和用戶的參與性體驗。

1.3D打印融合信息技術，開發開放性的智能玩具

新一代信息技術帶動了玩具向智能化發展，將3D打印技術與信息技術相融合，有助于開發新穎且創造性強的玩具樣式。利用3D打印技術制造玩具的外觀造型，再與智能化電路結合進行玩具設計，為用戶帶來創造性體驗。在教育領域，3D打印技術為STEAM教育帶來更大的發展空間，3D打印STEAM玩具更符合兒童的認知特征，使他們在玩耍和創造的過程中獲得知識。3D打印技術賦予用戶更多的智慧化創造力，可以通過3D打印技術和開源硬件，不斷探索和制造獨一無二的玩具。因此，產生了新穎、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，在享受親手創作玩具帶來愉悅感和成就感的同時，將創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打印應用于玩具設計中，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合開發了一款可以打印玩具的3D打印機Thing maker，實現了在家就能制造玩具的夢想。用戶在參與玩具設計的過程中，既是玩具的設計者，又是玩具的使用者，在使用過程中還可以將自己設計的玩具與其他玩家進行交流，用戶此時成為了產品營銷的媒介傳播者。3D打印展現了以玩具為核心，以創造的體驗方式感受樂趣，同時構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）基于可持續發展理念的玩具創新

從可持續發展的角度來看，3D打印分布式智能制造模式[8]是一種可持續的生產方式。3D打印玩具更應該從產品創新設計角度出發，立足未來思考3D打印玩具的可持續性。首先3D打印玩具可以采用模塊化設計，既方便拼裝成不同的產品形態，又能根據用戶需求靈活選用不同的功能模塊，節省了不必要的消耗。對于傳統玩具中大量使用木材制造的兒童拼圖、積木玩具使用3D打印材料進行設計，可以盡可能減少資源浪費。其次，3D打印材料環保，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品。隨著人們對3D打印玩具可持續性的認識，將會產生更具潛力的玩具創新形式或者商業模式。歐洲的一家3D打印公司推出了“Toy Rescue”玩具救援活動，用3D打印技術幫助用戶修復損壞的玩具，以最快的速度保障用戶的娛樂需求，減少了玩具丟棄對環境的影響。

四、結語

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

參考文獻：

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[2]楊慧香，宋國亞，姜大偉，等.面向3D打印的復雜產品設計綜述[J].現代制造工程，2016（11）：152-157.

[3]張浩.3D打印的文創產品設計定制化服務研究[J].包裝工程，2019（14）：1-6.

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[5]宋健.個性化需求下的產品參數化設計方法理論研究[J].家具與室內裝飾，2018（5）：18-19.

[6]王開廳.基于3D打印的京劇臉譜IP衍生品設計探議[J].美與時代（上），2019（7）：97-99.

[7]陳聰.手工藝革命——造物視角下的3D打印[J].藝術評論，2017（6）：51-55.

[8]孟炯，郭春霞.3D打印分布式智能制造模式創新[J].軟科學，2017（1）：39-43.

作者簡介：高慧，碩士，上海應用技術大學講師。研究方向：產品創新設計、計算機輔助工業設計。