11月15日直播：玩具行業(yè)3D設(shè)計與制造，F(xiàn)reeform軟件功能很強大

2024年11月15日，杰魔將攜手馬路科技舉辦針對玩具行業(yè)3D設(shè)計與制造應(yīng)用的專題講座。

主講內(nèi)容：
   一、Geomagic Freeform簡介
   二、傳統(tǒng)玩具開發(fā)流程VS數(shù)字化玩具開發(fā)流程
   三、3D數(shù)字化的黑馬——體素建模
   四、案例：快速3D設(shè)計-冰墩墩
   五、應(yīng)用于玩具行業(yè)的特色功能
   六、玩具鑄鋼工藝的痛點
   七、Geomagic Freeform為什么是玩具行業(yè)的標配？

一、Geomagic Freeform簡介
Geomagic Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)是一款強大的 3D 設(shè)計軟件，用于解決復雜設(shè)計和制造的種種難題，堪稱業(yè)內(nèi)最全面的 3D 有機工程設(shè)計工具，將基于觸覺感應(yīng)的模型雕塑、曲面創(chuàng)建、設(shè)計理念建、3D掃描處理、CAD互操作性和模具制造等多種功能集于一身，讓用戶借助數(shù)字化設(shè)計，感受非同一般的粘土建模體驗。

該系統(tǒng)的核心特點。它與Touch力反饋雕刻筆等觸覺式設(shè)備配合使用，能讓使用者在虛擬環(huán)境中獲得如同真實雕刻般的觸覺感受。比如，當使用者在軟件中操作雕刻工具對模型進行雕刻時，設(shè)備會將模型的反饋力量傳遞到手中，就像在真實世界中雕刻黏土一樣，使用戶可以更直觀、自然地進行設(shè)計操作。

傳統(tǒng)的 3D 設(shè)計軟件通常需要設(shè)計師通過復雜的電腦程序、數(shù)學方程式、鼠標與鍵盤指令等進行操作，而 Geomagic Freeform 完全擺脫了這些限制。設(shè)計師可以更自由地發(fā)揮創(chuàng)意，無需受到傳統(tǒng)設(shè)計方式的束縛，大大提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量。

Geomagic Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)因其獨具特色的設(shè)計方式，能夠幫助設(shè)計師快速設(shè)計出各種形態(tài)各異的玩具和游戲角色模型，并且可以方便地進行修改和優(yōu)化，滿足玩具和游戲行業(yè)對設(shè)計效率和創(chuàng)意的高要求，廣受玩具行業(yè)歡迎。早在2002年，F(xiàn)reeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)就被美國TIME《時代周刊》譽為“最佳發(fā)明”。

二、傳統(tǒng)玩具開發(fā)流程VS數(shù)字化玩具開發(fā)流程
傳統(tǒng)玩具開發(fā)流程：

第一步：設(shè)計圖紙。這些圖紙確定了模型的基本形狀、尺寸比例和主要特征。

第二步：確定基本形狀。根據(jù)設(shè)計圖紙，使用較大的刮刀初步刮削油泥，確定模型的大致形狀。

第三步：塑造細節(jié)。使用小型、精細的刮刀對模型進行精刮。

第四步：翻模。將原型浸泡在硅橡膠中，待其固化后取出原型。

第五步：脫模。將模具從原型上分離。檢查模具的表面質(zhì)量，如有需要，進行修整和打磨。

第六步：質(zhì)量檢測。檢查外觀、尺寸、功能等方面的質(zhì)量。

采用傳統(tǒng)玩具開發(fā)流程的缺點：對人員的技術(shù)性要求非常高，雕刻時間過長，產(chǎn)品尺寸精度不夠，經(jīng)常會出現(xiàn)品質(zhì)不佳或變形的情況。

數(shù)字化玩具開發(fā)流程：

可采用三維掃描的方式采集數(shù)據(jù)，再使用Geomagic Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，塑造細節(jié)，如玩具角色的面部、復雜的裝飾花紋等，使用雕刻工具進行精細雕刻。設(shè)計完成后進行拆件，最后使用3D打印機打印模型或采用模具生產(chǎn)方式。數(shù)字化的方式簡化了流程，可以快速、精確地制作出手辦原型，大大提高了生產(chǎn)效率。

三、3D數(shù)字化的黑馬——體素建模
體素是像素概念在三維空間的延伸，相當于三維空間中的像素塊。每個體素都具有自己的屬性，如顏色、材質(zhì)、密度等信息，可以看作是構(gòu)成三維物體的基本單元。體素建模就是通過對這些體素單元進行操作和組合，來創(chuàng)建復雜的三維模型。與傳統(tǒng)的多邊形建模不同，體素建模側(cè)重于對物體的體積進行表示，而非僅僅是表面的形狀。

在玩具行業(yè)使用傳統(tǒng)軟件的缺點：

• 2D草圖局限性與不合理會造成建模理解困難
• 面的線條與過度復雜，NURBS曲面和Sub D細分建模只是薄殼，虛的空的
• 造型調(diào)整困難，沒有整體觀。曲面到實體/局部到整體的過程動一處而牽全身
• 學習與溝通成本高
  

體素建模優(yōu)點：

• 直觀性和易操作性：體素建模的操作方式相對直觀。用戶可以通過簡單地編輯體素來構(gòu)建模型，不需要復雜的數(shù)學計算和曲線操作，對于初學者或非專業(yè)建模人員來說更容易上手。
  

• 真實的物理特性模擬：由于體素模型是基于體積的表示，因此可以更方便地模擬物體的物理特性，如變形、抽殼和計算體積等。
  

• 適合復雜形狀和有機結(jié)構(gòu)：對于一些具有復雜形狀和有機結(jié)構(gòu)的物體，體素建模可以更好地表現(xiàn)其細節(jié)和特征。因為體素可以靈活地組合和變形，能夠更準確地反映出物體的不規(guī)則形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。體素建模融合了特征建模NURBS曲面和Sub D細分建模，能構(gòu)建全新的數(shù)字實物建模體系。
  

• 易于編輯和修改：在體素建模中，對模型的編輯和修改非常方便。用戶可以直接選擇、刪除或修改單個或多個體素，模擬油雕塑的操作。這種靈活性使得設(shè)計師可以快速嘗試不同的設(shè)計方案，提高工作效率。
  

Geomagic Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)，透過觸覺，雕刻粘土和計算機輔助設(shè)計，體素建模，助力設(shè)計師高效創(chuàng)造，高效激發(fā)靈感。這是一種最精準的設(shè)計方式，能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，簡化生產(chǎn)流程，彌補CAD，提升創(chuàng)意，廣泛用于玩具、珠寶、汽車、雕刻、醫(yī)療、文物、鞋業(yè)、家具等行業(yè)。

四、案例：快速3D設(shè)計-冰墩墩
Geomagic Freeform深耕玩具行業(yè)30余年，是行業(yè)內(nèi)最早一批進入數(shù)字化領(lǐng)域的產(chǎn)品，其獨特的功能可高效輔助新品開發(fā)，可直接對接生產(chǎn)制造流程。

Geomagic Freeform對接各種生產(chǎn)工藝與需求，如重量、打印分析、移印、噴油模、吸塑、包裝等。Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)還能滿足模具需求，設(shè)計最優(yōu)出模角度和分模線，有拔模相關(guān)、多色模、加工策略等相關(guān)功能。Geomagic Freeform不僅僅是三維建模，不僅僅是高效創(chuàng)作，還無縫對接生產(chǎn)制造。

五、應(yīng)用于玩具行業(yè)的特色功能
快速拆件：把模型拉到Geomagic Freeform軟件里，把模型轉(zhuǎn)化為粘土，變成粘土格式后進行布爾運算，把模型拆開。在Freeform軟件里設(shè)計裝配位，這種類型的玩具采用的工藝是粘膠水或超聲。用軟件做各種卡扣的時候，在Freeform里可以設(shè)一定的角度來做拉伸，這樣可以提供裝配的速度和精準度。用Freeform做拆件和裝配，是非常精準、快速的。

玩具的紋理設(shè)計：玩具的紋理加工是一種表面處理工藝，通過在玩具表面制作各種紋理和圖案，以增加玩具的美觀性和質(zhì)感。目前紋理加工有2種：一種是藥水紋理，把帶紋理的菲林貼在模具表面，再用藥水腐蝕成型。一種是激光紋理，電腦模型貼圖，激光加工工藝，更加環(huán)保。使用Geomagic Freeform可以輕松設(shè)計出紋理效果，方便后期加工處理。

浮雕紋理設(shè)計：使用Geomagic Freeform觸覺式設(shè)計系統(tǒng)，設(shè)計所需的3D紋理圖案�？梢愿鶕�(jù)玩具的設(shè)計要求，創(chuàng)建各種形狀、線條和紋理效果。然后將其轉(zhuǎn)換為紋理圖案。這種方法需要一定的 3D 建模技能和軟件操作經(jīng)驗。

六、玩具鑄鋼工藝的痛點
1. 質(zhì)量控制方面：缺陷問題頻發(fā)，尺寸精度難以保證。鑄鋼工藝的過程較為復雜，受到多種因素的影響，如模具的精度、澆注溫度、冷卻速度等，容易導致鑄件的尺寸出現(xiàn)偏差。對于玩具鑄鋼件來說，尺寸精度的要求較高，因為玩具的各個部件需要相互配合，如果尺寸偏差過大，會影響玩具的組裝和使用性能。

2. 成本方面：原材料成本高：鑄鋼所需的鋼材價格相對較高，而且在鑄鋼過程中，為了保證鋼液的質(zhì)量和性能，還需要添加一些合金元素，這也會增加原材料的成本。對于玩具制造企業(yè)來說，原材料成本的增加會降低產(chǎn)品的利潤空間，影響企業(yè)的競爭力。

3. 生產(chǎn)效率方面：生產(chǎn)周期長：鑄鋼工藝包括熔煉、澆注、冷卻、脫模、清理、檢驗等多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要一定的時間，導致整個生產(chǎn)周期較長。對于玩具制造企業(yè)來說，生產(chǎn)周期的延長會影響產(chǎn)品的上市時間，降低企業(yè)的市場反應(yīng)速度，不利于企業(yè)的發(fā)展。

4. 環(huán)保方面：隨著環(huán)保意識的不斷提高，國家對鑄造行業(yè)的環(huán)保要求也越來越嚴格。玩具制造企業(yè)需要投入大量的資金和精力來治理環(huán)境污染，滿足環(huán)保要求，這也增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本和管理難度。

各種痛點的存在，需要我們采用新的工藝，例如數(shù)字化的解決方案，來提升企業(yè)的競爭力。

七、Freeform為什么是玩具行業(yè)的標配？

Geomagic Freeform成為玩具行業(yè)標配的原因主要有以下幾方面：


一、高效的復雜造型設(shè)計能力：
強大的曲面處理功能：玩具的外形往往具有復雜的曲面和不規(guī)則形狀，傳統(tǒng)的三維建模軟件在處理這類復雜曲面時可能較為困難和耗時。而Geomagic Freeform擅長處理復雜的自由曲面，能夠輕松地創(chuàng)建出各種精細、逼真的曲面造型，無論是卡通人物的圓潤身體、動物玩具的彎曲尾巴，還是具有特殊紋理的玩具表面，都能準確地呈現(xiàn)出來。
直觀的觸覺式設(shè)計：該軟件搭配觸覺式力反饋設(shè)備，如Touch力反饋雕刻筆，設(shè)計師可以通過類似于雕刻黏土的方式與3D模型進行互動，這種直觀的操作方式讓設(shè)計師能夠更加自然、快速地塑造出想要的玩具形狀，極大地提高了設(shè)計效率和創(chuàng)意表達的自由度。

二、支持逆向工程流程：
數(shù)據(jù)采集與處理便捷：在玩具行業(yè)中，經(jīng)常需要對現(xiàn)有的玩具樣品進行改進或復制。通過三維掃描技術(shù)獲取玩具的原始數(shù)據(jù)后，Geomagic Freeform可以很好地處理這些掃描數(shù)據(jù)。它能夠?qū)�掃描得到的點云數(shù)據(jù)或STL三角面片數(shù)據(jù)進行修復、編輯和重建，快速生成高質(zhì)量的三維模型，為玩具的逆向設(shè)計和改良提供了有力支持。
加速產(chǎn)品開發(fā)周期：利用逆向工程，玩具設(shè)計師可以快速獲取已有玩具的設(shè)計思路和優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新和改進，避免了從零開始的設(shè)計過程，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，使玩具能夠更快地推向市場以滿足消費者不斷變化的需求。

三、利于細節(jié)設(shè)計與紋理添加：
精細的細節(jié)刻畫：玩具通常需要豐富的細節(jié)來吸引消費者，例如人物玩具的面部表情、服裝的褶皺、玩具車的零部件等。Geomagic Freeform提供了豐富的工具和功能，可以對模型進行精細的細節(jié)刻畫和調(diào)整，使玩具的細節(jié)更加逼真、生動。

高級紋理處理：該軟件具有高級紋理處理功能，設(shè)計師可以快速創(chuàng)建和應(yīng)用細節(jié)豐富、尺寸可控的紋理和圖案，為玩具添加獨特的外觀效果，增強玩具的視覺吸引力和藝術(shù)感。無論是模擬動物的皮毛紋理、木質(zhì)玩具的木紋，還是科幻玩具的特殊圖案，都能輕松實現(xiàn)。

四、與制造流程的良好兼容性：
多種制造方式支持：玩具的制造方式多種多樣，包括注塑、3D打印、數(shù)控加工等。Geomagic Freeform創(chuàng)建的模型可以直接輸出為通用的三維模型格式，適用于各種制造工藝，能夠與后續(xù)的制造環(huán)節(jié)無縫銜接，減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和兼容性問題，確保設(shè)計能夠準確地轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品。

設(shè)計驗證與優(yōu)化：在設(shè)計過程中，設(shè)計師可以利用軟件對玩具模型進行各種分析和模擬，如結(jié)構(gòu)強度分析、裝配模擬等，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中可能存在的問題，并進行優(yōu)化和改進，降低了生產(chǎn)過程中的風險和成本。

五、促進創(chuàng)新與個性化設(shè)計：
激發(fā)創(chuàng)意靈感：其靈活的設(shè)計方式和強大的功能為設(shè)計師提供了廣闊的創(chuàng)作空間，鼓勵設(shè)計師突破傳統(tǒng)的設(shè)計思維，嘗試新的設(shè)計理念和方法，有助于開發(fā)出具有創(chuàng)新性和獨特性的玩具產(chǎn)品，滿足市場對個性化玩具的需求。

方便團隊協(xié)作：玩具的設(shè)計往往需要多個部門和專業(yè)人員的協(xié)作，Geomagic Freeform支持多人同時對一個模型進行操作和編輯，可以方便地實現(xiàn)團隊成員之間的信息共享和協(xié)作，提高設(shè)計團隊的工作效率和協(xié)同能力。

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