3D打印技术在幼儿玩教具设计开发中的应用

连 静

河南省安阳幼儿师范高等专科学校 河南安阳 455000

3D打印技术在幼儿玩教具设计开发中的应用

连 静

河南省安阳幼儿师范高等专科学校 河南安阳 455000

3D打印技术能迅速将设计创意转变为实物，玩教具是幼儿园教学，幼儿活动必不可少的载体，3D打印技术打印玩教具，满足了儿童的个性化需求，也使设计创意变成现实。3D打印技术在玩教具的设计开发环节的应用将为玩教具制造带来一个新的契机。

3D打印技术；玩教具设计开发

3D打印技术能迅速将设计创意转变为实物，引领了制造流程的变革，正逐渐改变世界。3D打印的应用未来将变得平台化、智能化、系统化，3D打印与机器人、物联网、大数据、云计算等领域的结合也将更加密切，此外，3D打印技术也将成为万千创客发挥创意、小型团队验证设计可行性、推动万众创新的重要助力。3D打印工已经广泛应用于工业制造业、建筑设计、文物保护、教育、航天科技、军事、生物医疗、食品产业及其他需要创新设计的行业。3D打印技术在幼儿玩教具设计开发中的应用已初见倪端，亦有大刀阔斧进军玩教具生产市场的苗头。

传统工艺下，一件玩教具从概念到设计，再到量产和销售，可能需要几个月甚至更久的周期。而运用3D打印技术，这个过程有可能缩短到几周甚至更短。若仅仅呈现出成品，也许就是几个小时的时间。玩教具生产制造中，利用3D打印技术可直接从计算机图形数据中打印出任何形状的零件或者整体，直接避免了传统制造的多个步骤，从而极大地缩短产品的研制周期，提高效率和降低成本，让玩教具制造焕然一新。就单说玩具制造行业，据统计，美国进口玩具的三分之一、欧盟进口玩具的2/3均为中国制造，中国堪称是玩具制造大国。如今3D数字化是制造行业的大背景，3D打印技术的加入，尤其在玩教具的设计开发环节的应用将是一个新的契机，将为我国玩具及玩教具制造带来新的机遇。

1 传统玩教具的设计开发

1.1 传统玩教具特点

玩是儿童的天性。玩教具制作常常被作为一种寓教于乐的方式。幼儿在游戏和生活中使用的玩具、教具，它们是儿童的亲密伙伴，儿童在玩玩具的过程中认识世界，培养幼儿的创造力、动手能力、自主探究的发展的能力。对于儿童来说，玩具也是教具，教具有时亦是玩具。玩教具是幼儿园教学，幼儿活动必不可少的载体，是幼儿成长发展的主要媒介。

1.2 传统玩教具的制作

这里谈到的更多是幼儿园自制玩教具。幼儿园自制玩具是与商品玩具相对的一种玩具，顾名思义，是自己制作、非工业化生产、不用于商业流通的玩具，一般由成人为幼儿制作或与幼儿共同制作。它是一种教学或辅助教学的用品，教师可根据教育需要和幼儿发展需要，对各种材料进行分类、加工、改造、组合，重新进行玩具教育因素设计。

1.3 传统玩教具的功能

现代工业制度下成品或商品玩教具设计较为完善，外形美观，更能吸引儿童进行参与。玩教具的精美化、智能化、批量化，使幼儿与玩教具的关系更为强调视觉刺激和感官享受。好的玩教具的设计能使幼儿在操作的过程中，轻松愉悦的表达感情，树立自信心，既能满足幼儿园上课需要，减轻教师自制玩教具的压力，又能投放到区域活动中，弥补玩教具的不足，供幼儿自主操作。

自制玩教具由于材料的形状、用途的不固定和玩教具玩法的不受限制，启发性较大，联想和探索余地较宽，容易引起幼儿的好奇心和探索行为。自制玩教具是为了弥补成品玩具的不足而设计的，自制玩教具构思要新颖，外形要独特，能激发幼儿的想象和创造。而最重要的就是选材，有充分的想象力和创造力把生活中的“废旧垃圾”变成人见人爱的玩教具。如自然类材料树叶、石头，树枝、等纸制品；印刷类材料，教师可以在生活中收集纸盒、礼品包装盒、纸箱等纸类制品的可塑性强，操作方便，还可以随意添画，充满趣味性；塑料类材料如废弃的饮料瓶等。幼儿园自制玩教具具有低碳、环保，有针对性的辅助教学等特点，丰富的可操作的物质材料，让孩子们在自制的过程中发展自己的各方面能力让幼儿在充分的活动中得以满足，获得知识、技能的提高。

2 3D打印技术在幼儿玩教具设计开发中的应用

2.1 3D打印技术改变传统玩教具制作的模式

玩教具制作等传统的模具制造领域，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，还能及时发现产品设计的错误，避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高了新产品投产的一次成功率，降低了新产品研发成本。见图1。

图1 3D打印玩具模型

2.2 3D打印技术在幼儿玩教具设计中的应用

2.2.1 将儿童画变成玩具，让儿童自行打印玩具

3D打印技术打印玩教具，满足了儿童的个性化需求，也使设计创意变成现实。一名叫Moyupid的设计师，用3D 打印技术，将孩子的画制作成了现成的玩具，不仅创意十足，还让孩子拥有了独一无二的玩具。家长或幼师可以通过3D打印机，将一整版的零部件打印出来，然后进行组装，和孩子一起亲手制作玩具，这个过程简单却有趣。不论是星球大战还是变形金刚、奥特曼一系列男孩子爱玩的玩具，还是对于女孩喜欢的芭比娃娃。例如在打印出芭比娃娃外形之后，可以运用3D打印笔，直接在服装区域制作服装，若孩子在制作过程中有失误或者喜欢不断设计不同服装造型，也可以撕掉刚才的弄坏的部分，不会影响的到整体的效果，这需要魔术贴带进行辅助。见图2，见图3。

图2 用3D打印技术将儿童画变成玩具

全民创造的DIY，“创客运动”的工业化，就可以把创意高效能地变为现实。对个人生活而言，老师可以带着幼儿，父母可以带着自己的孩子改进制作小型飞艇、遥控飞机，也可以让孩子们下载或修改开源的软件，然后在3D打印机上打出“过家家”的整套玩具。3D打印凭借这样的数字生产工具和Arduino这样的实体计算平台，人们可以在自家桌面上制造精密复杂的产品原始模型，3D打印则有利于个性化和定制化，数字制造时代的我们可以在大规模生产与定制之间做出选择，却不用支付昂贵的手工制作费用。

图3 用3D打印笔制作芭比娃娃服装

2016年2月24日的纽约玩具展中，玩具制造商美泰公司宣布它将发售一款价格实惠的3D打印机，让儿童自行在家设计并打印玩具。3D打印机和一款APP相连接。儿童可以在iPad、手机、电脑上设计玩具，然后再进行打印并组装部分。这款APP可以让儿童自定义现有的角色模板，在进行一些练习之后，他们就可以从零开始塑造自己的角色了。设计完成之后，你可以选择使用他们的3D打印机或其它3D打印机进行打印。在打印过程中，Thing Maker会将新玩具打印成不同部分，彼此之间通过球窝接头进行连接。这一过程会花费几分钟至数小时，具体取决于其复杂程度，而儿童可以通过一扇透明门观察到这一切的发生。Thing Maker推动了想象游戏的边界，给家庭带去无数种方式进行玩具自定义，让他们的想象力得以驰骋。这种能自己设计并将设计的内容直接打印出成品的过程将会不断释放儿童的创造力。每一次技术的更新都会改变我们的生活。见图4。

图4 3D打印花园装饰组合玩具

2.2.2 幼儿教师根据儿童特点有目的的进行玩教具设计开发

幼儿园教育教学活动中，通过教学设计，巧妙的利用玩教具进行科学、艺术、语言、社会、健康教育。 玩教具要构思新颖，有利于幼儿想象与创造的；符合科学性，并且要符合幼儿身心发展的特点与水平。能激发幼儿的兴趣，利于幼儿操作与探索，让幼儿在操作中发现解决问题，通过教具使用更为直观和有效的完成教学目标。自制的玩教具通过设计、制作加工，再完成建模，并打印出来。当然，自制玩教具的材料与3D打印出来的材料肯定不一样，具体制作打印要看我们的目的是用于开发产品还是仅仅为了展示效果。见图5。

图5 西安市幼儿园3D打印作品

玩教具设计开发最好能成立一个团队。首先根据需求设计制作自制玩教具，或者直接绘制图纸，也可以直接在电脑上制作。接着可以通过多维拍摄扫描将制作的玩教具数字信息传输到电脑上，建模成功后，经过修改确定，用3D打印机打印出来成品。若需要多种材料，在目前3D打印机技术基础之上，可以丰富其材料。也可以根据需求，将设计好的模型模板用传统的方式制作出来。见图6。

图6 3D数字模型

3 对3D打印在玩教具设计与开发应用中的保护

3D打印技术不仅是一次重大技术革命，更是对传统制造业的一次颠覆。数字化、智能化的3D打印技术的快速演进，正在颠覆人们的想象。当传统制造业流水线上的产品都可以方便快捷地通过3D打印技术被复制时，应尽快建立3D打印知识产权保护体系，正确引导高新技术产业发展，确保各方合法利益不受侵害。

在技术上，Secured3D保护3D打印设计。Secured3D允许任何人在打印机上，完全按照设计者意图打印设计文件。它还允许设计师对设计文件进行收费处理，发展自己的3D iTunes Store销售对象。Secured3D还提供了远程控制盒（黑盒），取代U盘，SD卡，确切的指定打印机控制精确打印。如果你是一个3D设计师，您只需上传您的3D设计文件到Secured3D云，并且发送给任何人用于一次性打印，保护了3D打印设计文件。

4 3D打印玩教具的弊端与改进方法

4.1 3D打印材料、色彩单一

自制玩教具的材料较为丰富多样化，而目前供3D打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。虽然新闻常有报道说有以玉米粉末、硅胶或者是树脂等新材料。但塑料类耗材因为其价格便宜、塑形性好等等优势仍然是市场的主流。

绝大多数的3D打印机只能打印一种或性质接近的几种材料。出现混合材料或多种材料的打印机也是未来的趋势。目前所谓具有缤纷色彩打印功能的单喷头多彩打印机，是需要中断打印，更换打印材料，无法实现程控。材料的单一对玩教具的质感、视觉冲击力都会减弱，有时恐怕难以吸引儿童注意力。但如果仅仅作为设计开发环节，为后期成品提供样品与设计成稿，确实有很大的作用。另外由于儿童会触摸到这些玩教具，其制作材料一定要符合安全标准和卫生要求。

3D打印有定位在高端设计爱好者的3D打印机，同时也有定位低龄化的3D打印笔。相对于3D打印的精细建模，3D笔更多是随性地进行绘画类创作，更具有创意和艺术启发性，许多家长也会将3D笔作为一种启发儿童智力的玩具和教具买回去。市面上普遍的3D笔都是热熔原理的，存在烫伤的危险。对小孩子的身体和环境都有损害。淘宝众筹有一款名为“启跑线”3D笔，这款笔突破性研发了“光固化技术”作为上述两个问题的解决方案。大大降低了3D笔的危险，安全性大大提升。越来越多的迭代和新材料被应用在3D打印上，其价格也越来越亲民。相信在不远的将来会有更多更成熟的3D类产品问世，3D技术会悄悄走进我们每一个人的家庭。见图7。

图7

4.2 传统3D打印机打印速度慢

传统3D打印机打印速度慢，一个10公分立方体的物体，打印时间大约20个小时左右。现代3D打印机技术不断更新，例如比传统3D打印快100倍的CLIP液态3D打印技术已经出现。而目前3D打印技术在制造业的应用大多在产品设计与开发环节，对于大批量的生产，还是采用的传统模具化的生产方式。

4.3 3D打印精度有待加强

普通3D打印机精度不够，打印不了精度要求很高的物体，生产出来的模具边缘处毛糙，需要用工具打磨。而儿童玩教具的生产，对产品的表面的光泽度、触摸感都需要有很高的要求。一点容易划伤皮肤的粗糙都不能有，这是为了儿童在使用玩教具中的安全性所考虑。同时，生产出来的玩教具，视觉看起来有光泽，触摸起来手感舒适，儿童更愿意接触这些玩教具。

4.4 3D打印玩教具剥夺了幼儿教学玩的过程

传统的自制玩教具是一种工具，也是一种手段，玩教具为幼儿提供各种动手操作的机会，是教学玩的一个过程，而3D打印剥夺 了这个教学玩的过程，更多的是呈现一种结果。

工业制品的玩教具的精美化、智能化、批量化，即决定了幼儿与玩教具的关系更为强调视觉刺激和感官享受。同时，也导致了玩教具失去了应具备的动手、动脑、交流等功能。简单的玩具可以有多种用途，留有很大的想象余地，儿童不易感到厌倦。而结构性强的玩具则有功能的局限，留给学前儿童想象的余地较小，而自制玩教具为学前儿童创造了自己能够掌握的想象世界。 3D技术打印出来的玩教具呈现出精美化的形象，但是缺少了自制玩教具多种材料组合，少了生动也少了开发儿童想象力的空间。但是使简单易损坏的自制玩教具能够长久保存下来，同时为玩教具后期的开发，提供了模板。

5 结语

3D打印技术是一种能够改变我们生活方式的一种技术，3D打印技术还有更大的发展空间。随着创客教育的风潮越来越火，作为其中的关键创意开发环节，3D创意设计课逐步进入到各大、中、小学。学生很积极的完成3D作品，并且涌现了不少优质的图纸，如生活用品、玩具礼品以及教具等。3D打印技术越来越多的进入到教育领域。希望在不久的将来，3D打印技术能在幼儿玩教具设计开发领域出现新的生机，为孩子们的愿望插上羽翼。

参考资料

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[2]郭力平.徐小妮.3D打印技术与儿童玩具制造[J].幼儿教育·教育科学，2015(7)：3-5.

[3]陆晓益.幼儿园自制玩教具的开发和运用[J].科技展望，2015(5)：189.

[4]中国3D打印网 .3D打印仍然是“塑料玩具”？真是逃不过[EB/OL]（2016-12-13）.http：//www.3ddayin.net/news/ shendujiedu/27017.html， .

[5]中国3D打印网 .3D创意设计在中小学的教学趋势调查简报 [EB/OL]（2017-03-31）. http：//www.3ddayin.net/news/ shendujiedu/29341.html， .

[6]中国3D打印网 .浅析3D打印为什么对教育行业如此重要 [EB/OL]（2017-03-28）. http：//www.3ddayin.net/news/ shendujiedu/29226_2.html.

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