3D 打印進(jìn)步讓玩具研制更出彩

本刊記者 盧子銘

3D 打印進(jìn)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(yè)應(yīng)用至今已有數(shù)年，為傳統(tǒng)制造業(yè)研發(fā)新品提供了極大的便利。隨著該項(xiàng)技術(shù)水平的提高，其在玩具業(yè)內(nèi)的應(yīng)用也不斷增加。3D打印的優(yōu)勢(shì)在于其個(gè)性化定制，玩企借此能在研發(fā)階段省去模具制作的成本，據(jù)記者了解，3D打印機(jī)已是不少玩企研發(fā)部門的必備硬件。現(xiàn)在的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)哪些功能？給玩具設(shè)計(jì)、制造和使用方式帶來哪些創(chuàng)新？

3 D打印技術(shù)最新發(fā)展

3D打印技術(shù)發(fā)展至今，實(shí)際上已有30年，今天的3D打印技術(shù)和應(yīng)用已漸成規(guī)模。目前主流的3D打印技術(shù)有幾種：

1、FDM根據(jù)軟件預(yù)設(shè)的坐標(biāo)擠出熱塑性塑料絲，自下而上逐層構(gòu)建零件。它是唯一使用生產(chǎn)級(jí)別熱塑性塑料的專業(yè)3D打印技術(shù)。

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(chǎn)品。

3、DLP通過投影儀來逐層固化光敏聚合物液體，從而創(chuàng)建出3D打印對(duì)象。

4、SLS在計(jì)算機(jī)控制下按照截面輪廓對(duì)工作臺(tái)上均勻鋪上的原料粉末材料進(jìn)行選擇性燒結(jié)，經(jīng)過激光束掃描后的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實(shí)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(shù)其他物料的打印設(shè)備。

據(jù)了解，最新的技術(shù)不以3D打印為單獨(dú)操作，應(yīng)用企業(yè)會(huì)把3D打印結(jié)合到自動(dòng)化工作流程或機(jī)械工程生產(chǎn)系統(tǒng)，例如美國(guó)Stratasys 3D打印機(jī)開發(fā)公司最近與德國(guó)西門子合作研發(fā)的RC3D Demonstrator，以8軸機(jī)器人配上3D打印噴頭，打破過往3D打印概念所使用的標(biāo)淮逐層構(gòu)建方式。最近在美國(guó) TCT+RAPID展 出 的 Continuous Build 3D Demonstrator，亦展示出結(jié)合自動(dòng)化和3D打印的流程，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制之余又只需極少人工干涉，就能滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求。

工業(yè)用3D打印機(jī)

玩具業(yè)應(yīng)用以主流技術(shù)為主

3D打印的出現(xiàn)，助企業(yè)快速開發(fā)迭代式的產(chǎn)品；實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造模式無法完成的復(fù)雜原型設(shè)計(jì)；新產(chǎn)品設(shè)計(jì)無需外包，不必?fù)?dān)心信息泄露。那么具體到我們的玩具業(yè)，目前應(yīng)用3D打印的情況如何？對(duì)此，Stratasys公司代表認(rèn)為：

“依我們所見，玩具行業(yè)的趨勢(shì)目前還是走主流3D打印應(yīng)用，玩具生產(chǎn)商利用工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備制作不同款式的玩具模型，為早期設(shè)計(jì)作概念評(píng)估，或中期設(shè)計(jì)不同種類的功能和安全測(cè)試。玩具企業(yè)按照想要測(cè)試產(chǎn)品不同功能時(shí)應(yīng)用不同的材料或不同的機(jī)種，例如以FDM配合ABS或PC材料作鎖扣和裝配測(cè)試，另外也會(huì)利用最新的全彩設(shè)備制作彩色多材料原型，測(cè)試顏色和部件軟硬度的比例和協(xié)調(diào)。一些新興玩企也會(huì)利用比較輕巧或桌面3D打印機(jī)定制玩具，例如刻上名字或特別符號(hào)的擺設(shè)之類，這類型的公司規(guī)模未必比得上傳統(tǒng)玩企，不過卻帶動(dòng)另一門新興的潮流和業(yè)務(wù)。”

據(jù)了解，Stratasys公司為了推動(dòng)3D打印在玩具業(yè)中的應(yīng)用，曾與不同的玩具制造協(xié)會(huì)舉辦跨行業(yè)應(yīng)用研討會(huì)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(yè)介紹3D打印于行業(yè)目前的應(yīng)用與趨勢(shì)。

多種技術(shù)配合進(jìn)行測(cè)試

Stratasys公司的代表介紹，目前他們的玩企合作伙伴會(huì)綜合多種3D打印技術(shù)，為正在研發(fā)的新品進(jìn)行綜合測(cè)試?！耙韵愀弁婢咧圃焐蘐oyState International Ltd.為例，他們利用塑料制作早期設(shè)計(jì)和功能性原型的模型進(jìn)行性能測(cè)試。針對(duì)表面細(xì)節(jié)需要精細(xì)的概念模型和小型工具，該公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)利用 PolyJet 打印機(jī)制作原型（PolyJet 3D 打印技術(shù)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(tài)光敏樹脂材料噴射到構(gòu)建托盤上，并通過紫外光將其固化）。不過對(duì)于某些擁有薄壁的玩具及需要比較堅(jiān)硬材料進(jìn)行反復(fù)性能測(cè)試時(shí) (例如無人機(jī)的框架)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就會(huì)利用 FDM設(shè)備，配合PC-ABS（工程塑料）打印出硬度和堅(jiān)韌度相當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?/p>

“另外亦有玩具企業(yè)利用全彩3D打印機(jī)制造彩色玩具，測(cè)試嬰兒玩具的顏色對(duì)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?！?/p>

3D打印玩具

3 D打印技術(shù)發(fā)展兩大趨勢(shì)

Stratasys公司相信，未來的3D打印技術(shù)發(fā)展會(huì)集中在材料拓展和設(shè)計(jì)軟件配合兩大方面。更多種類的材料如生物兼容材料（不會(huì)引起機(jī)體免疫系統(tǒng)攻擊的生物體嵌入物質(zhì)）和靜電耗散材料（介于導(dǎo)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(hù)的靜電敏感元器件）等。而與3D打印技術(shù)搭配的軟件也會(huì)提供從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的一站式服務(wù)，簡(jiǎn)化3D打印工作流程，兼容更多不同的檔案格式等。