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3D打印技能与小孩玩具制造

发布时间:2018-12-31 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能与小孩玩具制造作者:未知   【摘要】玩具有利于促进小孩发展。3D打印技能是新工业革命时期的代表性技能,借助3D打印技能制造小孩玩具,不但能够更好地满足小孩对玩具的个性化需求,支持玩具设计者将创意形成现实,而且更加平安、环保。3D打印技能在小孩玩具家当的应用前景辽阔。
  【关键词】小孩;3D打印;玩具;个性定制;创意
  【中图分类号】G610 【文献标识码】A 【文章编号】1004-4604(2015)07/08-0003-04
  进入21世纪以来,随着互联网、可再生能源和电脑科技的飞速发展,我们正逐渐迈入“以数字化制造”为核心技能的新工业革命时代。〔1〕新工业革命时代不但是一个支持沟通、合作共生的时代,更是一个鼓舞创新、彰显个性的时代。在幼儿教育领域,主要体现为从理论到实践层面对小孩创新性能和个性化发展需求的全方位关照。这一点本应在小孩的游戏和玩具上表现得最为突出。众所周知,游戏是小孩的生存方式,而玩具是小孩游戏最主要的载体。但是,目前小孩玩具主要有两种,一是商品化玩具,二是成人(主要是幼儿园教师和幼儿家长)自制的玩具,但这两种玩具都很难实现对小孩创新性能和个性化发展需求的全方位关照。这是因为受生产模式的局限,现有的商品化玩具难以顾及小孩对自由、创新的个性化需要,也无法满足小孩发展的差异化需求,而成人自制的玩具虽然可以补救商品化玩具的某些缺陷,然而,就幼儿园教师而言,日常事务较繁重,自制玩具会牵涉大量的时间和精力,教师通常有力不从心的感觉。这一矛盾该如何解决呢?3D打印技能的出现为我们提供了全新的思绪。
  3D打印技能作为数字化技能、激光技能和新材料技能融合发展的产物,不但可以使成人特别是幼儿园教师可根据小孩的发展和课程与教学的需要,平安、便捷地设计制造出适合小孩个性化需求的玩具,小孩和其他成人尤其是家长也可以参与进去,自主定制出各有特色的玩具,还可以使玩具家当在兼顾利润的前提下生产出更适合小孩个性需要的玩具。本文从对现有小孩玩具存在问题的分析入手,在剖析问题产生根源的基础上,提出利用3D打印技能制造小孩玩具的创造性建议。
  一、我国小孩玩具的现状
  从上个世纪90年代起,我国已通过国家政策的方式规定“幼儿园要以游戏为基本活动形式”。玩具是体现游戏性子精神的实体,应具有两个明显的特征:一是自由性,也即具有鼓舞小孩想象和创造的作用。二是可玩性,也即既能满足小孩的个性化需求,又能支持小孩持续地与玩具发生互动,从而支持小孩的发展。
  目前,就幼儿园而言,教师自制的玩具在幼儿园玩具中占的比例越来越高。这真相上是与今天蓬勃发展的小孩玩具家当相矛盾的。为什么厂家生产的玩具越来越多,但在幼儿教育中的运用却不多?这是因为许多教师认为,大多数商品化的小孩玩具在幼儿园教育实践中是不符合的。张颖对上海市幼儿园教师玩具使用情况进行调查后发现,一局部教师找不到合适的玩具用于教学活动,另一局部教师则不知道该如何将商品化玩具运用于教学活动中。〔2〕另外,市场上也很难找到符合有特殊需要小孩使用的玩具。〔3〕
  因为商品化玩具不适合需要,所以许多幼儿园教师倾向于自己动手制作玩具。幼儿园教师每天与小孩生活在一同,他们对照明白小孩的需求,能够根据小孩的心理、生理发展特点制作出满足教育需求的玩具。然而,如上所述,在现有条件下,幼儿园教师自制玩具也存在很多问题。一是教师难有充足的时间给小孩制作玩具。二是由于缺乏设计制作玩具的相关专业知识,幼儿园教师自制的玩具大多存在缺乏美感、不实用、不耐用等问题。
  因此,就当下的客观实际而言,从小孩的角度看,无论是商品化玩具还是教师自制的玩具,都未能充分发挥应有的促进小孩发展的价值。小孩游戏的主人是小孩,所以小孩也应该是玩具的主人,小孩理应参与玩具的设计和制作。但是,现有的小孩玩具已经异化了,小孩作为玩具的制造者和使用者这一双重身份已经分离了。正如法国历史符号学代表人物罗兰・巴特所言,“小孩玩具作为一种符号意义上的性子已经消逝了”。
  以3D打印技能为代表性技能的新工业革命的到来,也许有助于我们从根本上解决以上所讨论的小孩玩具面临的种种问题。
  二、3D打印技能在小孩玩具制造中的优势
  3D打印技能,又称增材制造技能。“大略地说,3D打印是断层扫描的逆过程。断层扫描把某个东西‘切’成无数叠加的片,3D打印则是一片一片的打印,然后叠加到一同,成为立体物体。3D打印使用的材料是特制的粉末,这些粉末在打印的过程中会被一种特制的胶水逐层黏合、固化,并不时叠加,最后变成一个完整的立体物品。”〔4〕
  3D打印技能的核心思维最早起源于20世纪80年代的美国。自产生之日起,3D打印技能就受到世界各国前所未有的关注。特别是进入21世纪后,它不但成为各国经济发展的重要议题,还迅速应用到航空、生物医学、建筑、教育、餐饮、服装等众多家当领域。与传统通过减少材料的方式造型完全不同,3D打印技能是在传统二维打印的基础上叠加出来的。一般而言,3D打印的过程都有四个步骤。第一步,利用计算机辅助设计软件(CAD)进行实物建模。第二步,将CAD模型图进行切割分层,并设置相关制图步骤与材料。第三步,依据程序指令打印二维实物,通过胶水黏合成立体物体。最终是后期处理,即使三维实物成形。〔5〕
  利用3D打印技能制造小孩玩具有三个优势。
  最初,3D打印技能符合个性化定制,能满足小孩对玩具的个性化需求。在不增加制造成本的前提下,满足每一个使用者的个性化需求,是3D打印技能最突出的优势。在第二次和第三次工业革命期间,模具化大生产是小孩玩具制造的主要方式。这种方式的最大优点是利益最大化,但缺点是忽视了小孩对玩具的个性化需求。3D打印技能在快速生产以及灵活性方面极具优势,在生产过程中免去了3D建模之后的一切传统生产环节,设计者只需将数字模型和材料进行调整即可生产出不同产品,并且不会因为打印数量的几多而导致成本的额外增减。〔6〕这使得3D打印技能在个性化定制生产、小批量生产以及产品定型之前的验证性制造等方面,能够大大降低加工成本。3D打印技能将促成依据消费者的个性化需求进行定制的生产模式。所以,伯曼(Berman)指出,“未来的3D打印会像电子书和音乐下载一样,使消费者能够在网上选择他们需要的产品,也促使公司在确保利益的前提下为小规模定制的用户提供服务”。〔7〕能够说,3D打印技能能便捷地实现小孩对玩具的个性化需求。   其次,3D打印技能符合复杂结构的快速制造,支持小孩玩具设计者将创意形成现实。与传统机械加工、模具成形等制造工艺相比,3D打印技能将三维实体加工形成了若干二维平面加工,大大降低了制造的复杂度。从理论上讲,设计者只要通过计算机设计出相应产品的结构模型,就能够应用3D打印技能在无需刀具、模具及复杂工艺的条件下迅速地将设计变为实物。这是传统加工技能无法比拟的。能够说,3D打印技能延伸和拓展了人类的物理技术,创设了人类前所未有的造物想象空间。3D打印能够制造出传统方法难以加工的高度复杂形状,能够自由组合材料,能够一次性成型复杂物品,能够实现精确的实体复制,等等。能够说,“所想即所得”的造物时代就在眼前。
  最终,3D打印技能既平安环保,又节省成本,在减少玩具生产加入成本的同时,顺应了新工业革命时期对家当生产的高要求。传统制造工艺容易造成原材料的浪费。而3D打印是增材制造,原材料是按照计算机3D模型分层逐层添加、黏合而成的,在产品制造过程中几近不会产生无关的剩余物。另外,由于3D打印技能有生产周期短、随时打印、按需打印、无需库存等特点,所以一旦技能走向全面成熟,整个生产环节的成本将得到极大的节约。相信随着科技的发展,3D打印技能在环保和节约成本方面的优势会进一步突显。
  三、3D打印技能在小孩玩具制造中的运用
  3D打印技能出现后,被迅速应用到教育领域。例如,2012年,3D打印公司Stratasys(美国一家著名的3D打印机生产公司)宣布,他们40%的产品被销售到了教育机构。英国教育部在2013年推行了一个促进3D打印技能在STEM(科学、技能、工程学和数学)领域教学和产品设计中运用的项目。越来越多的教育者认识到了3D打印技能在教育领域的巨大价值,而3D打印制造公司专门为教育者和学生设计的打印机和软件也越来越多。同样,3D打印技能也逐步影响了小孩玩具的开发和制造。例如,3D Systems公司2014年2月14日宣布,将和世界第二大玩具厂商孩之宝(Hasbro)合作,共同研发利用3D打印技能制造小孩玩具。其中的Printcraft便是一款将3D打印技能和一个叫做Minecraft的电子游戏联合起来的软件,小孩能够用这款软件把自己在电脑中建构起来的房子打印出来。这款软件操作简便,不需要额外下载软件资源,小孩很容易上手操作。Mission Street Manufacturing公司则制造出了3D打印机Printeer。使用Printeer不需要专业的CAD制图工具,也没有繁杂的软件操作步骤,小孩只需要在与Printeer配套的iPad应用程序中随意画出自己想要的物体,然后点击打印按钮即可。一些发达国家已经起初对幼儿园教师掌握和使用3D打印技能提出了具体要求,还为幼儿园教师提供了专门的培训。下文案例充分说明3D打印技能方便操作,教师能够和小孩一同,借助3D打印技能设计和制造符合自己需要的玩具。
  教师发现,班里的幼儿对利用平面图形进行拼接构图特别感兴趣,于是想到能够投放圆环、半圆环、1/4圆环等材料支持幼儿的建构。虽然圆环、半圆环、1/4圆环这些材料不难找到,然而材料的大小、厚薄等很难统一,颜色也不够多样化。想要通过购买或者教师自制,困难不少。3D打印技能为教师提供了便利。3D模型的材料制作相当大略,不同的尺寸要求只需通过对模型参数进行大略微调即可满足。颜色的选择也很多。一般以塑制线材为原料的桌面级3D打印机会有十多种颜色可供抉择。于是,教师把自己投放新材料的想法告诉了幼儿,让幼儿自己决定用什么颜色、什么尺寸的材料。教师选择了一种新型的生物降解材料PLA(聚乳酸)。这种材料是由从可再生植物资源(如玉米)中提取出来的淀粉原料制成的,具有良好的生物可降解性,对环境不具有危害性。教师向幼儿陈述了材料选择的理由,得到了幼儿的认可。幼儿也从中认识到“关爱地球,人人有责”。就这样,3D打印机将教师和幼儿的构想形成了现实。
  随着家用3D打印机的普及,幼儿家长也能够用3D打印机打印出自己和孩子共同创作的玩具。例如,家长能够用3D打印机将孩子的绘画作品打印出来,成为孩子独一无二的玩具。
  泽利泽(Zelizer)在《小孩与商业》一文中谈到,不管是作为奴隶和封建社会的童工,还是今天已获得独立自主身份的小孩,小孩似乎老是在故意无意地参与商业的整个流程,从生产、消费到分配,小孩的身影和力量不可忽视。特别是小孩玩具家当,小孩的介入会使其发展更有可持续性。〔8〕艾森伯格(Eisenberg)指出,今天的小孩使用3D打印软件将像上个世纪70年代使用家用电脑一样,如果我们可以研发更多3D打印的材料,开发出符合小孩使用的建模软件,并联合小孩游戏的特点加以设计,相信3D打印能够助推小孩更好地发展。〔9〕
  参考文献:
  〔1〕彼得・马什.新工业革命〔M〕.北京:中信出版社,2013.
  〔2〕张颖.对小孩玩具的现状研讨:以上海地区为例〔D〕.上海:上海师范大学,2012.
  〔3〕王凯.视障小孩的亲子共游玩具设计研讨〔J〕.工业设计,2011,(9).
  〔4〕胡迪・利普斯,梅尔芭・库曼.3D打印:从想象到现实〔M〕.北京:中信出版社,2013.
  〔5〕吴怀宇.3D打印:三维智能数字化创造〔M〕.北京:电子工业出版社,2014.
  〔6〕CAROLYN CONNER SEEPERSAD.Challenges and opportunities in design for additive manufacturing〔J〕.3D Printing,2014,(1).
  〔7〕BARRY BERMAN.3D-printing,the new industrial revolution〔J〕.Business Horizons,2012,55.
  〔8〕VIVIANA ZELIZER. Kids and commerce〔J〕. Childhood Copyright 2002,2002,9(4).
  〔9〕MICHAEL EISENBERG. 3D printing for children: What to build next〔J〕.International Journal of Child-computer Interaction,2013,(7).
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