金屬材料在玩具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李晶　季尊良

摘要：針對(duì)市場(chǎng)上金屬材料在玩具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越多，本文探討兒童玩具設(shè)計(jì)選材影響因素的同時(shí)，分析了玩具設(shè)計(jì)中的金屬材料特征、金屬玩具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、連接形式、以及加工工藝。發(fā)現(xiàn)金屬玩具由于金屬材料的易加工成型、豐富的色彩和機(jī)理特征，在玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)中有巨大的潛力。尤其在對(duì)兒童的認(rèn)知發(fā)展方面，金屬玩具帶來(lái)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)感覺(jué)通道刺激，都對(duì)兒童的認(rèn)知發(fā)展有推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：兒童玩具 金屬材料 材料分析 設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2018）08-0120-03

引言

兒童玩具是指專供兒童游戲使用的物品。根據(jù)心理學(xué)家關(guān)于兒童發(fā)展規(guī)律的研究，在人一生的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中，玩具對(duì)人——尤其是兒童認(rèn)知能力的提高起到非常好的促進(jìn)作用。根據(jù)AyresA.J對(duì)腦功能研究成果以及其1972年提出的感覺(jué)統(tǒng)合理論（Sensory Integration Theory），兒童的注意力不集中、學(xué)習(xí)成績(jī)差、做作業(yè)拖拉、多動(dòng)、緊張、膽小、退縮、愛(ài)哭、不合群、吃飯?zhí)羰郴虮╋嫳┦车刃愿裾系K都是由于兒童大腦對(duì)身體感覺(jué)統(tǒng)合的障礙所造成的。感覺(jué)統(tǒng)合理論認(rèn)為，人類生存需要的最基本、最重要的感覺(jué)是觸覺(jué)、前庭覺(jué)、運(yùn)動(dòng)覺(jué)。其中，觸覺(jué)是指分布于人的身體皮膚上的神經(jīng)細(xì)胞接受外界溫度、濕度、疼痛、壓力及震動(dòng)的感覺(jué)；前庭平衡覺(jué)是利用內(nèi)耳的三對(duì)半規(guī)管及耳石來(lái)探測(cè)地心引力，控制頭部認(rèn)知方向、保持身體平衡。運(yùn)動(dòng)覺(jué)是來(lái)自于人的身體內(nèi)部肌肉、關(guān)節(jié)的感覺(jué)，是了解肢體位置與運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。當(dāng)人的大腦和身體相互協(xié)調(diào)的學(xué)習(xí)過(guò)程沒(méi)有感覺(jué)統(tǒng)合時(shí)，大腦和身體都將停止發(fā)展。因此，玩具設(shè)計(jì)對(duì)于兒童早期，尤其是7歲之前兒童的生理、認(rèn)知和情緒的發(fā)展都有著不可替代的重要作用。

玩具設(shè)計(jì)不僅能夠幫助兒童調(diào)動(dòng)大腦的思考和身體的運(yùn)動(dòng)，還能夠讓兒童在玩的過(guò)程中培養(yǎng)積極、主動(dòng)的探索能力，在多人共玩的情境中培養(yǎng)社會(huì)認(rèn)知和情感的全面發(fā)展。材料作為玩具設(shè)計(jì)的載體，對(duì)玩具結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和功能的最優(yōu)發(fā)揮起到直接的影響。玩具設(shè)計(jì)的選材不僅要考慮兒童的需求，玩具的工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還需要考慮經(jīng)濟(jì)成本、安全等問(wèn)題。本文在探討兒童玩具設(shè)計(jì)選材影響因素的同時(shí)，針對(duì)金屬玩具分析兒童玩具設(shè)計(jì)中的各種金屬材料特征、金屬材料應(yīng)用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、金屬玩具的連接形式、以及玩具產(chǎn)品中金屬材料的加工工藝，以期為未來(lái)交互性玩具設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

一、兒童玩具設(shè)計(jì)選材影響因素

（如圖1）所示，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選材受到使用安全、環(huán)境保護(hù)、功能結(jié)構(gòu)、用戶體驗(yàn)等多個(gè)方面的影響。以下主要從產(chǎn)品性能（抗腐蝕、抗沖擊、輕量化、化學(xué)安全性）、加工工藝（著色、成型）、以及用戶體驗(yàn)（清潔、科學(xué)趣味性、安全性、可操作性）三個(gè)方面展開(kāi)對(duì)兒童玩具設(shè)計(jì)選材影響因素的探討（圖2）。

（一）產(chǎn)品性能

（1）腐蝕

兒童尤其是嬰幼兒在進(jìn)行玩具娛樂(lè)時(shí)，經(jīng)常伴隨舔咬方式，與此同時(shí)，酸性飲料等兒童身邊的其他物品也會(huì)有腐蝕玩具的可能性，因此兒童玩具需要考慮具有較好的抗腐蝕性。

（2）沖擊

兒童由于各種原因，會(huì)經(jīng)常扔、摔玩具，所以玩具需要基本的抗沖擊能力，以使其即使在兒童不斷反復(fù)扔打的情況下也不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，斷裂，或者有小毛刺的情況。

（3）重量

兒童身體力量比成年人要小得多，并且有50%的木玩具是設(shè)計(jì)給嬰幼兒使用的，所以對(duì)于那些要經(jīng)常拿起來(lái)玩的玩具（除一般不移動(dòng)，或者不能拿起搬起的玩具）要使用比較輕的材料，避免傷害兒童的肌肉。如松木、橡膠木等都是較輕的木材。

（4）化學(xué)安全性

由于木材材料自身可能會(huì)有致敏因子，板材、塑料玩具里面的膠粘劑也可能會(huì)含有甲醛、苯等影響兒童健康成長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)，所以兒童玩具選材時(shí)應(yīng)該盡量選擇那些不含有化學(xué)物質(zhì)，或者含有不傷害人體的物質(zhì)、無(wú)毒無(wú)味的材料。

（二）加工工藝

（1）著色

兒童玩具的一大特點(diǎn)就是色彩繽紛，鮮艷的顏色能夠吸引兒童玩并且叫家長(zhǎng)購(gòu)買，所以玩具經(jīng)常需要色彩涂飾。易著色的材料在生產(chǎn)過(guò)程中將能夠很大地提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，著色效果好容易使得產(chǎn)品更加美觀，更能吸引兒童以及成人消費(fèi)者。

（2）成型

材料在加工過(guò)程中如果結(jié)構(gòu)造型易得出，可以很好地提高生產(chǎn)效率。玩具通常都有各種不同的形狀，一個(gè)玩具生產(chǎn)商不會(huì)只生產(chǎn)一種形狀的玩具。所以，選擇容易加工成各種形狀的材料，通過(guò)最簡(jiǎn)單的步驟就能得出結(jié)構(gòu)，是商家減少時(shí)間成本的一個(gè)好方法。

（三）用戶體驗(yàn)

（1）清潔

兒童玩具會(huì)被兒童舔咬，又會(huì)被他們帶到各種場(chǎng)所，自然會(huì)滋生很多細(xì)菌。所以方便家長(zhǎng)清潔的材料能使家長(zhǎng)更加輕松。選擇一些表面光滑，能夠耐受清潔劑的材料就顯得至關(guān)重要了。

（2）科學(xué)趣味性

兒童玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)立足于開(kāi)發(fā)有利于兒童身心健康和提升兒童智力。玩具外觀的設(shè)計(jì)除了應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)的功能語(yǔ)意，還應(yīng)該具有較好的意義所在。在培養(yǎng)兒童創(chuàng)造力和興趣的同時(shí)，能夠充分調(diào)動(dòng)兒童之間相互互動(dòng)的積極性，以及調(diào)動(dòng)兒童探索大自然、探索科學(xué)的積極性，是進(jìn)行玩具趣味性語(yǔ)意表達(dá)、構(gòu)成玩具意義的重要方面。因此，兒童玩具的設(shè)計(jì)選材還應(yīng)該在滿足產(chǎn)品性能和使用安全等基本需求的同時(shí)，從材料的趣味性語(yǔ)意表達(dá)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）安全性

玩具的消費(fèi)者一般是適齡兒童，而這些人群是比較弱小的，在身體和心智上的不成熟使得他們最易受到傷害，所以要重視玩具的安全性。為保障兒童的安全，給幼兒的玩具盡量不要含有可拆卸的碎小部件，以防止兒童吞食。玩具的選材、材料加工方式、玩具的結(jié)構(gòu)等因素是保障玩具安全性的重要條件。在玩具設(shè)計(jì)的用材中，塑料玩具和木材玩具更容易因?yàn)椴牧系陌踩詥?wèn)題造成使用隱患，帶給兒童家長(zhǎng)不安全的心理疑慮。

（4）可操作性

兒童玩具的可操作性主要是指兒童在使用玩具玩耍過(guò)程中，不會(huì)認(rèn)為玩樂(lè)太過(guò)困難而放棄、不會(huì)因?yàn)椴欢绾瓮鏄?lè)而沮喪、不會(huì)因?yàn)椴幻靼淄婢呷绾尾僮鞫鴨蕷?。因此，玩具設(shè)計(jì)需要針對(duì)每個(gè)年齡層兒童的認(rèn)知、生理和社會(huì)情感的特點(diǎn)，進(jìn)行玩具的可操作性設(shè)計(jì)，以便兒童在使用玩具時(shí)不會(huì)有太大困難，或者可以根據(jù)指導(dǎo)完成操作或使用行為。根據(jù)瑞士?jī)和睦韺W(xué)家皮亞杰的兒童認(rèn)知發(fā)展理論，兒童的認(rèn)知發(fā)展包括感知運(yùn)動(dòng)階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段和形式運(yùn)算階段。由于每一階段兒童的活動(dòng)和認(rèn)知方式都不同，因此兒童玩具的可操作性需要根據(jù)認(rèn)知發(fā)展理論考慮如何設(shè)計(jì)玩具幫助兒童理解世界。

二、玩具設(shè)計(jì)中的各種金屬材料特征分析

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，玩具的適用年齡已經(jīng)從低齡兒童擴(kuò)大到了更廣泛的年齡群體。大多數(shù)的金屬玩具設(shè)計(jì)中的金屬材料都避免了使用重金屬材料。由于玩具的大部分受眾仍然是0-14歲的低齡兒童，根據(jù)玩具的不同需要，大多金屬質(zhì)地較軟且不含重金屬。且由于使用者年齡問(wèn)題，這類金屬玩具通常不會(huì)設(shè)計(jì)易造成傷害的棱角或破壞性功能。

根據(jù)玩具的娛樂(lè)特性，兒童玩具可以分為競(jìng)技性玩具和娛樂(lè)類玩具。在競(jìng)技型玩具中，金屬材料的耐磨性更強(qiáng)，壽命更長(zhǎng)，為玩具提供了強(qiáng)大的抗沖擊能力，使其更適合比賽。而娛樂(lè)類玩具由于小孩子經(jīng)常會(huì)使玩具掉落或者敲打玩具，金屬材料也賦予了其更強(qiáng)的抗擊打能力，使用壽命相比傳統(tǒng)的木材材料、塑料材料更長(zhǎng)。以下分析兒童玩具中的常見(jiàn)金屬材料。

（一）鐵材料

傳統(tǒng)的鐵材料已經(jīng)被玩具產(chǎn)業(yè)淘汰，因?yàn)橐话愕蔫F材料容易生銹，使用壽命和使用環(huán)境都對(duì)玩具體驗(yàn)造成了影響。市場(chǎng)上的大多數(shù)金屬玩具都采用了不銹鋼材料，而不銹鋼的適用范圍非常廣，由于不銹鋼材料具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性，制造出來(lái)的玩具不易損壞變形破裂。在使用過(guò)程中對(duì)使用者和使用環(huán)境的要求較低。但不銹鋼過(guò)于笨重，只適用于大型玩具或者小型娛樂(lè)型玩具。同時(shí)，由于鐵具有磁性，鐵材料可以制造小型的益智玩具，如磁鐵積木等。

（二）鋁材料

玩具中采用的鋁材料大多是鋁合金。鋁合金材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括密度低、比強(qiáng)度高，塑性好，可加工成各種形狀的型材，并且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能、物理性能和抗腐蝕性能。且鋁合金相較不銹鋼更為輕盈，適用于各種類型的玩具。目前鋁合金材料在玩具設(shè)計(jì)中已經(jīng)廣泛使用，材料使用量?jī)H次于不銹鋼。

（三）銅材料

銅材料質(zhì)地較軟，有良好的導(dǎo)電性，且成本低廉，益智玩具中常常使用銅材料，但銅材料耐磨性太差，且易變形，使用壽命不長(zhǎng)，因此使用銅材料的玩具并不多。

三、玩具產(chǎn)品中的金屬材料應(yīng)用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）折疊式

在金屬玩具中，折疊式結(jié)構(gòu)經(jīng)常使用于益智玩具中，折疊結(jié)構(gòu)是生活中很常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)，充當(dāng)著“多功能”和“空間整理”的角色。在兒童玩具設(shè)計(jì)中，折疊結(jié)構(gòu)通常將大體積玩具進(jìn)行收納壓縮，或者將兒童玩具中的多功能性融為一體。金屬賦予了這種結(jié)構(gòu)十分堅(jiān)固的特性，在使用過(guò)程中玩具不易損壞，且折疊中不易產(chǎn)生磨損，極大地培養(yǎng)了使用者的動(dòng)手能力，且折疊式結(jié)構(gòu)提供了玩具玩法的多種可能性，使金屬材料在這其中極大地發(fā)揮了其應(yīng)該有的作用和特點(diǎn)。

（二）固定式

固定式相較于折疊式顯得呆板乏味，但金屬材料的穩(wěn)固性在這時(shí)得到了體現(xiàn)，固定式的金屬部件使玩具本身更富有質(zhì)感且抗沖擊，在使用過(guò)程中，固定式設(shè)計(jì)相較折疊式更堅(jiān)固，不易損壞，且由于其本身的固定設(shè)計(jì)這種玩具使用壽命更長(zhǎng)，突出了金屬材料的堅(jiān)固性。

（三）拆裝式

拆裝式的金屬玩具較少，但仍有部分高端玩具在制造時(shí)使用了金屬材料，因?yàn)椴鹧b式玩具對(duì)材料耐磨性要求較高，使用過(guò)程中金屬材料能夠很好地貼合且不易變形，缺點(diǎn)是拆裝式玩具較為危險(xiǎn)，小部件容易被低齡兒童吞咽下去。四、金屬玩具產(chǎn)品中的連接形式分析

（一）焊接式

大部分金屬玩具，例如賽車等一體式玩具都采用了焊接的工藝，采用了加熱加壓的方法，使金屬之間結(jié)合緊密不易損壞，但同時(shí)焊接后造成的接縫會(huì)破壞玩具的整體美觀度。焊接式也是大部分金屬玩具中都會(huì)使用的連接形式。

（二）磁性連接

在金屬玩具中，有很多采用了磁性連接的形式，在材料制作過(guò)程中加入磁鐵材料，使部件之間的連接更加平滑，使用更方便，常常應(yīng)用于積木等產(chǎn)品。這種磁性連接方式使得本來(lái)不穩(wěn)固的部件之間有了作用力，使用體驗(yàn)更好。

（三）螺紋聯(lián)結(jié)和螺旋傳動(dòng)

金屬玩具中螺紋聯(lián)結(jié)和螺旋傳動(dòng)的連接方式同樣廣泛，這種連接方式所提供的穩(wěn)固性不比焊接差，且由于金屬材料的耐磨性，使得這種連接方式在金屬玩具中發(fā)揮了巨大作用。但缺點(diǎn)在于長(zhǎng)時(shí)間不旋緊密會(huì)造成松動(dòng)，且需要定期保養(yǎng)連接部位鞏固潤(rùn)滑性。

五、玩具產(chǎn)品中金屬材料加工的工藝

兒童玩具中的金屬材料常見(jiàn)的加工工藝有鑄造、軋制、切削加工、以及表面拋光和鑲嵌等（如圖3）。

（一）鑄造

鑄造是將熔融態(tài)的金屬澆入鑄型后再使其冷卻凝固，從而成為具有一定形狀的鑄件的工藝方法。但它容易造成內(nèi)部缺失，主要用于制造小型金屬玩具的零部件和大型玩具中的某個(gè)具有固定形狀的小型部件。大多數(shù)玩具產(chǎn)品采用的是壓力鑄造，這種方式制造出來(lái)的鑄件尺寸精確且表面光潔，組織致密且生產(chǎn)效率比較高，適用于大多數(shù)小型玩具及其部件。

（二）軋制

軋制是利用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輪的壓力，使金屬材料在一定空間內(nèi)產(chǎn)生變形，這種工藝過(guò)程通常用在最初的加工部件或簡(jiǎn)單的部件上，按軋制溫度分為熱軋和冷軋。熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制，冷軋則是在室溫下對(duì)金屬材料進(jìn)行軋制。熱軋與冷軋相比，前者的變形抗力小、變形量大、生產(chǎn)效率高，因此熱軋更適合于軋制較大斷面的部件，以及塑性較差或變形量較大的金屬材料；后者的變形抗力大、變形量小，軋制的產(chǎn)品尺寸精確、表面光潔、機(jī)械強(qiáng)度較高，因此冷軋更適合于軋制塑性好、尺寸小的金屬玩具部件。

（三）切削加工

切削加工是利用切削刀具在切削機(jī)床上或手工將金屬工件的多余加工量切去，從而達(dá)到規(guī)定的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的工藝。切削加工通常適用于大型的金屬玩具部件比如金屬飛機(jī)模型的機(jī)翼等。

（四）表面拋光和鑲嵌

表面拋光是利用機(jī)械或手工以研磨材料將金屬表面磨光的方法。金屬材料的表面拋光包括磨光、鏡面、絲光和噴砂等效果，這些加工工藝可以讓兒童玩具的表面視覺(jué)效果更好，看上去更加美觀。金屬表面鑲嵌是指先在金屬表面刻畫(huà)出陰紋，然后嵌入金銀絲或金銀片等質(zhì)地較軟的金屬材料，最后打磨平整、呈現(xiàn)纖巧華美裝飾效果的一種金屬表面處理手法。經(jīng)過(guò)金屬鑲嵌的兒童玩具不適宜較小兒童使用。

總結(jié)

根據(jù)以上對(duì)玩具產(chǎn)品中的金屬材料應(yīng)用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、玩具產(chǎn)品中的金屬連接形式以及玩具產(chǎn)品中金屬材料加工的工藝的分析，可以發(fā)現(xiàn)金屬玩具由于金屬材料的易加工成型特征可以設(shè)計(jì)成形態(tài)各異的玩具形態(tài)，在玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)中有巨大的潛力。尤其在對(duì)兒童的認(rèn)知發(fā)展方面，可以有更大的貢獻(xiàn)。首先，金屬材料有化學(xué)著色、陽(yáng)極氧化著色、電解著色、鍍覆著色、涂覆著色、熱處理著色等豐富且成熟的著色工藝，加上金屬材料本身對(duì)光線的反射特點(diǎn)，可以在視覺(jué)上給兒童強(qiáng)烈的圖案和顏色刺激。其次，金屬材料有表面鍛打、鑲嵌、蝕刻、切削和研磨拋光加工、拉絲等表面加工工藝，在觸覺(jué)上可以具有豐富變化，給予兒童通過(guò)身體觸覺(jué)的各種膚覺(jué)刺激。最后，金屬抨擊時(shí)的叮當(dāng)聲音及其變化，可以從聽(tīng)覺(jué)上給予兒童聲音刺激。以上金屬玩具帶來(lái)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)感覺(jué)通道刺激，都對(duì)兒童的認(rèn)知發(fā)展有推進(jìn)作用。在兒童玩具設(shè)計(jì)中，甚至可以考慮在金屬材料中加入嗅覺(jué)和味覺(jué)感覺(jué)變化，從而豐富金屬材料設(shè)計(jì)方式，在提高趣味性的同時(shí)，增強(qiáng)兒童通過(guò)五感通道接觸世界、提高認(rèn)知能力。