2024年11月15日，杰魔携手马路科技举办针对玩具行业3D设计与制造应用的专题讲座。
一、Geomagic Freeform简介
Geomagic Freeform触觉式设计系统是一款强大的 3D 设计软件，用于解决复杂设计和制造的种种难题，堪称业内最全面的 3D 有机工程设计工具，将基于触觉感应的模型雕塑、曲面创建、设计理念建、3D扫描处理、CAD互操作性和模具制造等多种功能集于一身，让用户借助数字化设计，感受非同一般的粘土建模体验。
该系统的核心特点。它与Touch力反馈雕刻笔等触觉式设备配合使用，能让使用者在虚拟环境中获得如同真实雕刻般的触觉感受。比如，当使用者在软件中操作雕刻工具对模型进行雕刻时，设备会将模型的反馈力量传递到手中，就像在真实世界中雕刻黏土一样，使用户可以更直观、自然地进行设计操作。
传统的 3D 设计软件通常需要设计师通过复杂的电脑程序、数学方程式、鼠标与键盘指令等进行操作，而 Geomagic Freeform 完全摆脱了这些限制。设计师可以更自由地发挥创意，无需受到传统设计方式的束缚，大大提高了设计的效率和质量。
Geomagic Freeform触觉式设计系统因其独具特色的设计方式，能够帮助设计师快速设计出各种形态各异的玩具和游戏角色模型，并且可以方便地进行修改和优化，满足玩具和游戏行业对设计效率和创意的高要求，广受玩具行业欢迎。早在2002年，Freeform触觉式设计系统就被美国TIME《时代周刊》誉为“最佳发明”。
二、传统玩具开发流程VS数字化玩具开发流程
传统玩具开发流程：
第一步：设计图纸。这些图纸确定了模型的基本形状、尺寸比例和主要特征。
第二步：确定基本形状。根据设计图纸，使用较大的刮刀初步刮削油泥，确定模型的大致形状。
第三步：塑造细节。使用小型、精细的刮刀对模型进行精刮。
第四步：翻模。将原型浸泡在硅橡胶中，待其固化后取出原型。
第五步：脱模。将模具从原型上分离。检查模具的表面质量，如有需要，进行修整和打磨。
第六步：质量检测。检查外观、尺寸、功能等方面的质量。
采用传统玩具开发流程的缺点：对人员的技术性要求非常高，雕刻时间过长，产品尺寸精度不够，经常会出现品质不佳或变形的情况。
数字化玩具开发流程：
可采用三维扫描的方式采集数据，再使用Geomagic Freeform触觉式设计系统优化设计，塑造细节，如玩具角色的面部、复杂的装饰花纹等，使用雕刻工具进行精细雕刻。设计完成后进行拆件，最后使用3D打印机打印模型或采用模具生产方式。数字化的方式简化了流程，可以快速、精确地制作出手办原型，大大提高了生产效率。
三、3D数字化的黑马——体素建模
体素是像素概念在三维空间的延伸，相当于三维空间中的像素块。每个体素都具有自己的属性，如颜色、材质、密度等信息，可以看作是构成三维物体的基本单元。体素建模就是通过对这些体素单元进行操作和组合，来创建复杂的三维模型。与传统的多边形建模不同，体素建模侧重于对物体的体积进行表示，而非仅仅是表面的形状。
在玩具行业使用传统软件的缺点：
- 2D草图局限性与不合理会造成建模理解困难
- 面的线条与过度复杂，NURBS曲面和Sub D细分建模只是薄壳，虚的空的
- 造型调整困难，没有整体观。曲面到实体/局部到整体的过程动一处而牵全身
- 学习与沟通成本高
体素建模优点：
- 直观性和易操作性：体素建模的操作方式相对直观。用户可以通过简单地编辑体素来构建模型，不需要复杂的数学计算和曲线操作，对于初学者或非专业建模人员来说更容易上手。
- 真实的物理特性模拟：由于体素模型是基于体积的表示，因此可以更方便地模拟物体的物理特性，如变形、抽壳和计算体积等。
- 适合复杂形状和有机结构：对于一些具有复杂形状和有机结构的物体，体素建模可以更好地表现其细节和特征。因为体素可以灵活地组合和变形，能够更准确地反映出物体的不规则形状和内部结构。体素建模融合了特征建模NURBS曲面和Sub D细分建模，能构建全新的数字实物建模体系。
- 易于编辑和修改：在体素建模中，对模型的编辑和修改非常方便。用户可以直接选择、删除或修改单个或多个体素，模拟油雕塑的操作。这种灵活性使得设计师可以快速尝试不同的设计方案，提高工作效率。
Geomagic Freeform触觉式设计系统，透过触觉，雕刻粘土和计算机辅助设计，体素建模，助力设计师高效创造，高效激发灵感。这是一种最精准的设计方式，能缩短产品开发周期，简化生产流程，弥补CAD，提升创意，广泛用于玩具、珠宝、汽车、雕刻、医疗、文物、鞋业、家具等行业。
四、案例：快速3D设计-冰墩墩
Geomagic Freeform深耕玩具行业30余年，是行业内最早一批进入数字化领域的产品，其独特的功能可高效辅助新品开发，可直接对接生产制造流程。
Geomagic Freeform对接各种生产工艺与需求，如重量、打印分析、移印、喷油模、吸塑、包装等。Freeform触觉式设计系统还能满足模具需求，设计最优出模角度和分模线，有拔模相关、多色模、加工策略等相关功能。Geomagic Freeform不仅仅是三维建模，不仅仅是高效创作，还无缝对接生产制造。
五、应用于玩具行业的特色功能
快速拆件：把模型拉到Geomagic Freeform软件里，把模型转化为粘土，变成粘土格式后进行布尔运算，把模型拆开。在Freeform软件里设计装配位，这种类型的玩具采用的工艺是粘胶水或超声。用软件做各种卡扣的时候，在Freeform里可以设一定的角度来做拉伸，这样可以提供装配的速度和精准度。用Freeform做拆件和装配，是非常精准、快速的。
玩具的纹理设计：玩具的纹理加工是一种表面处理工艺，通过在玩具表面制作各种纹理和图案，以增加玩具的美观性和质感。目前纹理加工有2种：一种是药水纹理，把带纹理的菲林贴在模具表面，再用药水腐蚀成型。一种是激光纹理，电脑模型贴图，激光加工工艺，更加环保。使用Geomagic Freeform可以轻松设计出纹理效果，方便后期加工处理。
浮雕纹理设计：使用Geomagic Freeform触觉式设计系统，设计所需的3D纹理图案。可以根据玩具的设计要求，创建各种形状、线条和纹理效果。然后将其转换为纹理图案。这种方法需要一定的 3D 建模技能和软件操作经验。
六、玩具铸钢工艺的痛点
1. 质量控制方面：缺陷问题频发，尺寸精度难以保证。铸钢工艺的过程较为复杂，受到多种因素的影响，如模具的精度、浇注温度、冷却速度等，容易导致铸件的尺寸出现偏差。对于玩具铸钢件来说，尺寸精度的要求较高，因为玩具的各个部件需要相互配合，如果尺寸偏差过大，会影响玩具的组装和使用性能。
2. 成本方面：原材料成本高：铸钢所需的钢材价格相对较高，而且在铸钢过程中，为了保证钢液的质量和性能，还需要添加一些合金元素，这也会增加原材料的成本。对于玩具制造企业来说，原材料成本的增加会降低产品的利润空间，影响企业的竞争力。
3. 生产效率方面：生产周期长：铸钢工艺包括熔炼、浇注、冷却、脱模、清理、检验等多个环节，每个环节都需要一定的时间，导致整个生产周期较长。对于玩具制造企业来说，生产周期的延长会影响产品的上市时间，降低企业的市场反应速度，不利于企业的发展。
4. 环保方面：随着环保意识的不断提高，国家对铸造行业的环保要求也越来越严格。玩具制造企业需要投入大量的资金和精力来治理环境污染，满足环保要求，这也增加了企业的生产成本和管理难度。
各种痛点的存在，需要我们采用新的工艺，例如数字化的解决方案，来提升企业的竞争力。
七、Freeform为什么是玩具行业的标配？
Geomagic Freeform成为玩具行业标配的原因主要有以下几方面：
一、高效的复杂造型设计能力：
强大的曲面处理功能：玩具的外形往往具有复杂的曲面和不规则形状，传统的三维建模软件在处理这类复杂曲面时可能较为困难和耗时。而Geomagic Freeform擅长处理复杂的自由曲面，能够轻松地创建出各种精细、逼真的曲面造型，无论是卡通人物的圆润身体、动物玩具的弯曲尾巴，还是具有特殊纹理的玩具表面，都能准确地呈现出来。
直观的触觉式设计：该软件搭配触觉式力反馈设备，如Touch力反馈雕刻笔，设计师可以通过类似于雕刻黏土的方式与3D模型进行互动，这种直观的操作方式让设计师能够更加自然、快速地塑造出想要的玩具形状，极大地提高了设计效率和创意表达的自由度。
二、支持逆向工程流程：
数据采集与处理便捷：在玩具行业中，经常需要对现有的玩具样品进行改进或复制。通过三维扫描技术获取玩具的原始数据后，Geomagic Freeform可以很好地处理这些扫描数据。它能够对扫描得到的点云数据或STL三角面片数据进行修复、编辑和重建，快速生成高质量的三维模型，为玩具的逆向设计和改良提供了有力支持。
加速产品开发周期：利用逆向工程，玩具设计师可以快速获取已有玩具的设计思路和优点，在此基础上进行创新和改进，避免了从零开始的设计过程，大大缩短了产品的开发周期，使玩具能够更快地推向市场以满足消费者不断变化的需求。
三、利于细节设计与纹理添加：
精细的细节刻画：玩具通常需要丰富的细节来吸引消费者，例如人物玩具的面部表情、服装的褶皱、玩具车的零部件等。Geomagic Freeform提供了丰富的工具和功能，可以对模型进行精细的细节刻画和调整，使玩具的细节更加逼真、生动。
高级纹理处理：该软件具有高级纹理处理功能，设计师可以快速创建和应用细节丰富、尺寸可控的纹理和图案，为玩具添加独特的外观效果，增强玩具的视觉吸引力和艺术感。无论是模拟动物的皮毛纹理、木质玩具的木纹，还是科幻玩具的特殊图案，都能轻松实现。
四、与制造流程的良好兼容性：
多种制造方式支持：玩具的制造方式多种多样，包括注塑、3D打印、数控加工等。Geomagic Freeform创建的模型可以直接输出为通用的三维模型格式，适用于各种制造工艺，能够与后续的制造环节无缝衔接，减少了数据转换和兼容性问题，确保设计能够准确地转化为实际的产品。
设计验证与优化：在设计过程中，设计师可以利用软件对玩具模型进行各种分析和模拟，如结构强度分析、装配模拟等，提前发现设计中可能存在的问题，并进行优化和改进，降低了生产过程中的风险和成本。
五、促进创新与个性化设计：
激发创意灵感：其灵活的设计方式和强大的功能为设计师提供了广阔的创作空间，鼓励设计师突破传统的设计思维，尝试新的设计理念和方法，有助于开发出具有创新性和独特性的玩具产品，满足市场对个性化玩具的需求。
方便团队协作：玩具的设计往往需要多个部门和专业人员的协作，Geomagic Freeform支持多人同时对一个模型进行操作和编辑，可以方便地实现团队成员之间的信息共享和协作，提高设计团队的工作效率和协同能力。
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