3Dプリント技術と子供用玩具製造

3Dプリント技術と子供用玩具製造

著者: Guo Liping、Xu Xiaoni

21世紀に入ってから、インターネット、再生可能エネルギー、コンピュータ技術の急速な発展に伴い、「デジタル製造」を中核技術とする新たな産業革命の時代へと徐々に入りつつあります。 [1] 新産業革命時代は、コミュニケーションと協力的共生を支援する時代であるだけでなく、イノベーションを奨励し、個性を際立たせる時代でもあります。幼児教育の分野では、主に理論から実践レベルまで、子どもたちの革新的な本能と個別の発達ニーズに対する総合的なケアに反映されています。これは、子供向けのゲームやおもちゃで最も顕著に表れるはずです。周知のとおり、ゲームは子供たちの生存手段であり、おもちゃは子供たちのゲームの主な媒体です。しかし、現在、子どものおもちゃには、市販のおもちゃと大人（主に幼稚園の先生や幼児の親）が手作りするおもちゃの 2 種類があり、どちらのおもちゃも子どもの革新的な本能や個別の発達ニーズを十分に考慮することは困難です。これは、生産モデルの制限により、既存の市販のおもちゃは、子供の自由と革新に対する個別のニーズをほとんど考慮できず、子供の発達の差別化されたニーズを満たすことができないためです。大人が作ったおもちゃは市販のおもちゃの欠点の一部を補うことができますが、幼稚園の先生にとって、毎日の仕事は重く、手作りのおもちゃを作るには多くの時間とエネルギーがかかります。先生はしばしば圧倒されていると感じています。この矛盾をどう解決すればいいのでしょうか? 3D プリント技術の出現により、新たなアイデアが生まれます。

3Dプリント技術は、デジタル技術、レーザー技術、新素材技術の融合の産物であり、大人、特に幼稚園の先生が、子供の発達やカリキュラム、教育ニーズに基づいて、子供の個別ニーズを満たすおもちゃを安全かつ便利に設計・製造できるだけでなく、子供や他の大人、特に親が参加して、自分の特徴に合わせておもちゃを自主的にカスタマイズすることもできます。また、おもちゃ業界が利益を考慮しながら、子供の個々のニーズをよりよく満たすおもちゃを生産することも可能になります。この記事は、まず、子供用玩具に存在する問題の分析から始まります。問題の根本原因の分析に基づいて、3D プリント技術を使用して子供用玩具を製造するための創造的な提案を提示します。

1. 我が国の子どものおもちゃの現状我が国では、1990 年代以降、「幼稚園ではゲームを基本的な活動形態とすべきである」という国の方針が定められています。おもちゃはゲームの本質的な精神を体現した存在であり、2 つの明白な特徴を備えている必要があります。1 つは自由であり、つまり、子供の想像力と創造性を奨励する必要があります。 2 つ目は遊びやすさです。これは、子どもたちの個別のニーズを満たすと同時に、子どもたちがおもちゃと継続的に触れ合うことをサポートし、子どもたちの発達をサポートすることを意味します。
現在、幼稚園においては、先生方が自ら作ったおもちゃが幼稚園のおもちゃの中で占める割合がますます高まってきています。これは実は、今日の急成長している子供向け玩具業界とは矛盾しています。メーカーが製造するおもちゃは増えているのに、幼児教育で使われるおもちゃはなぜ少ないのでしょうか？これは、市販されている子供向けのおもちゃのほとんどが幼稚園教育の実践には適していないと多くの教師が考えているためです。張英氏は、上海の幼稚園教諭による玩具の使用状況を調査した結果、教育活動に適した玩具を見つけられない教諭もいれば、市販の玩具を教育活動でどのように使うかを知らない教諭もいることを発見した。 [2] さらに、特別なニーズを持つ子どもに適したおもちゃを市場で見つけることは困難です。〔3〕
市販のおもちゃではニーズを満たせないため、多くの幼稚園の先生はおもちゃを自分で作る傾向があります。幼稚園の先生は毎日子どもたちと一緒に暮らしているので、子どもたちのニーズをよりよく理解し、子どもたちの心理的、生理的な発達特性に基づいて、子どもたちの教育的ニーズを満たすおもちゃを作ることができます。しかし、前述の通り、現状では幼稚園の先生がおもちゃを自作することには課題も多い。まず、教師が子どもたちのためにおもちゃを作るのに十分な時間を取ることが困難です。第二に、おもちゃの設計と製作に関する専門知識が不足しているため、幼稚園の先生が製作したおもちゃのほとんどは、美観に欠け、実用的ではなく、耐久性もありません。
したがって、現在の客観的現実から見ると、子どもの観点から見ると、市販のおもちゃも教師が作ったおもちゃも、子どもの発達を促進する上で本来の価値を十分に発揮できていない。子どもは子どもの遊びの達人なので、子どもはおもちゃの達人でもあるべきであり、おもちゃのデザインや制作にも参加すべきです。しかし、既存の子ども向け玩具は疎外され、玩具の作り手と使い手としての子どもの二重のアイデンティティが分断されてきました。フランスの歴史記号学の代表であるロラン・バルトは「子供のおもちゃの記号としての本質は消えてしまった」と述べています。
3D プリント技術に代表される新たな産業革命の到来は、上で述べた子供のおもちゃが直面しているさまざまな問題を根本的に解決するのに役立つかもしれません。

2. 子供向け玩具製造における 3D プリント技術の利点 3D プリント技術は、付加製造技術とも呼ばれます。「簡単に言えば、3Dプリンティングはトモグラフィーの逆のプロセスです。トモグラフィーが何かを無数の重なり合うスライスに「切断」するのに対し、3Dプリンティングはスライスごとに印刷し、それらを積み重ねて3次元オブジェクトを形成します。3Dプリンティングで使用される材料は特殊な粉末で、印刷プロセス中に特殊な接着剤によって層ごとに結合および固化され、その後連続的に積み重ねられて完全な3次元オブジェクトを形成します。」〔4〕
3Dプリント技術の核となるアイデアは、1980年代に米国で生まれました。 3D プリント技術は、登場以来、世界中の国々から前例のない注目を集めています。特に21世紀に入ってからは、各国の経済発展における重要な課題となっているだけでなく、航空、バイオメディカル、建設、教育、飲食、衣料など多くの産業分野にも急速に応用されてきました。材料を切削する従来の造形方法とはまったく異なり、3D プリント技術は従来の 2 次元プリントに重ね合わされています。一般的に、3D プリントのプロセスには 4 つのステップがあります。最初のステップは、コンピュータ支援設計ソフトウェア (CAD) を使用して物理モデリングを実行することです。 2 番目のステップは、CAD モデルをカットしてレイヤー化し、関連する描画手順と材料を設定することです。 3 番目のステップは、プログラムの指示に従って 2 次元オブジェクトを印刷し、それを 3 次元オブジェクトに接着することです。最後のステップは後処理で、3 次元オブジェクトを作成します。〔5〕
3D プリント技術を使用して子供のおもちゃを作ることには 3 つの利点があります。
まず、3Dプリント技術はパーソナライズされたカスタマイズに適しており、子供たちのおもちゃに対するパーソナライズされたニーズを満たすことができます。 3D プリント技術の最も顕著な利点は、製造コストを増やすことなく、各ユーザーの個別のニーズを満たすことができることです。第二次産業革命と第三次産業革命の間、金型に基づく大量生産が子供のおもちゃを製造する主な方法でした。このアプローチの最大の利点は利益を最大化することですが、欠点は子供のおもちゃに対する個別のニーズを無視することです。 3D プリント技術は、生産の迅速さと柔軟性において大きな利点があります。生産プロセス中に 3D モデリングを行った後の従来の生産リンクがすべて不要になります。デザイナーは、さまざまな製品を生産するためにデジタルモデルと材料を調整するだけでよく、印刷回数によるコストの増減はありません。 [6] これにより、3Dプリンティング技術は、パーソナライズされたカスタマイズ、小ロット生産、製品完成前の検証製造などの分野で処理コストを大幅に削減することができます。 3D プリント技術により、消費者の個別のニーズに基づいてカスタマイズされた生産モデルが実現します。そのため、バーマン氏は「3Dプリントの将来は電子書籍や音楽のダウンロードのようになり、消費者は必要な商品をオンラインで選択できるようになり、企業は利益を確保しながら小規模なカスタマイズユーザーにサービスを提供するようになるだろう」と指摘した。〔7〕3Dプリント技術は、子どもたちのおもちゃに対する個別のニーズに容易に応えることができると言えます。第二に、3D プリント技術は複雑な構造の迅速な製造に適しており、子供向け玩具のデザイナーがアイデアを現実のものにすることをサポートします。従来の機械加工、金型成形などの製造プロセスと比較して、3D プリント技術は、3 次元の固体加工を複数の 2 次元平面加工に変換し、製造の複雑さを大幅に軽減します。理論的には、設計者がコンピューターを通じて対応する製品の構造モデルを設計できる限り、切削工具、金型、複雑なプロセスを必要とせずに、3D プリント技術を使用して設計を物理的なオブジェクトに素早く変換できます。これは従来の処理技術では実現できないものです。 3Dプリント技術は、人間の身体能力を拡張・拡大し、これまでにない人間にとっての創造的想像空間を創造する技術であると言えます。 3D プリントは、従来の方法では処理が難しい非常に複雑な形状を生成したり、材料を自由に組み合わせたり、複雑なオブジェクトを一度に形成したり、正確な物理的複製を実現したりすることができます。「思った通りのものが手に入る」という創造の時代がすぐそこまで来ていると言えるでしょう。
最後に、3Dプリント技術は安全で、環境に優しく、コスト効率に優れており、玩具生産の投入コストを削減すると同時に、新産業革命時代の工業生産に対する高い要求も満たしています。従来の製造プロセスでは、原材料が無駄になりがちです。 3Dプリンティングは、コンピューターの3Dモデルに従って原材料を層ごとに追加して結合する付加製造であり、製品の製造プロセスで無関係な残留物はほとんど生成されません。さらに、3D プリント技術は、生産サイクルが短く、いつでも印刷でき、オンデマンドで印刷でき、在庫が不要という特徴があるため、技術が完全に成熟すると、生産プロセス全体のコストが大幅に節約されます。技術の発展に伴い、3Dプリント技術の環境保護とコスト削減における利点がさらに強調されるようになると信じています。

3. 3D プリント技術の子供用玩具製造への応用 3D プリント技術の登場後、それはすぐに教育分野に応用されました。たとえば、2012 年に 3D プリンター会社 Stratasys (有名なアメリカの 3D プリンター製造会社) は、自社製品の 40% が教育機関に販売されたと発表しました。 2013年、英国教育省は、STEM（科学、技術、工学、数学）分野の教育と製品設計における3Dプリント技術の活用を促進するプロジェクトを立ち上げました。教育分野における 3D プリント技術の大きな価値を認識する教育者が増えており、教育者や学生専用のプリンターやソフトウェアを設計する 3D プリント製造会社も増えています。同様に、3D プリント技術は、子供向けのおもちゃの開発と製造にも徐々に影響を与えています。例えば、2014 年 2 月 14 日、3D Systems は世界第 2 位の玩具メーカーである Hasbro と提携し、3D プリント技術を利用した子供用玩具の製造を共同で開発すると発表しました。 Printcraft は、3D 印刷技術と Minecraft というビデオゲームを組み合わせたソフトウェアです。子供たちはこのソフトウェアを使用して、コンピューターで作った家を印刷することができます。このソフトウェアは操作が簡単で、追加のソフトウェアリソースをダウンロードする必要がないため、子供でも簡単に使用できます。 Mission Street Manufacturing は Printeer 3D プリンターを製造しています。 Printeer を使用するには、専門的な CAD 描画ツールや複雑なソフトウェア操作手順は必要ありません。子供たちは、Printeer に付属の iPad アプリケーションで必要なオブジェクトを描き、印刷ボタンをクリックするだけです。一部の先進国では、幼稚園教諭が3Dプリント技術を習得して使用するための具体的な要件を提示し始めており、幼稚園教諭向けの特別な研修も提供している。次の事例は、3D プリント技術の操作が簡単であることを十分に示しています。教師は、3D プリント技術の助けを借りて、子供たちと協力して、彼らのニーズに合ったおもちゃを設計および製造できます。
教師は、クラスの子どもたちが平面図形を使って絵を描くことに特に興味を持っていることに気づき、子どもたちの作図をサポートするためにリング、ハーフリング、1/4リングなどの素材を使うことを考えました。円形リング、半円形リング、1/4円形リングなどの素材は入手困難ではありませんが、素材のサイズ、厚さなどの標準化が難しく、色の多様性も十分ではありません。買ったり自分で作ったりするのはなかなか難しいです。 3D プリント技術は教師にとって便利です。 3D モデルのマテリアル生成は非常に簡単で、モデルパラメータを微調整するだけでさまざまなサイズ要件を満たすことができます。カラーバリエーションも豊富です。一般的に、プラスチックフィラメントを原材料として使用するデスクトップ 3D プリンターでは、10 色以上の色から選択できます。そこで、先生は子どもたちに新しい材料を導入するというアイデアを伝え、使用する材料の色や大きさを子どもたち自身に決めさせました。先生は新しい生分解性素材、PLA（ポリ乳酸）を選びました。この素材は再生可能な植物資源（トウモロコシなど）から抽出したデンプン原料から作られており、生分解性が良く、環境に無害です。先生は子どもたちに教材の選択理由を説明し、子どもたちはそれを理解しました。子どもたちは、「地球を大切にすることはみんなの責任だ」ということも学びました。このようにして、3D プリンターは教師と子どもたちのアイデアを現実のものに変えました。
家庭用 3D プリンターの普及により、小さな子供を持つ親も 3D プリンターを使用して、子供と一緒に作ったおもちゃを印刷できるようになりました。たとえば、親は 3D プリンターを使用して子供の絵を印刷し、子供のためのユニークなおもちゃに変えることができます。
ゼリザー氏は「子どもとビジネス」という記事の中で、封建社会における奴隷や児童労働者として、あるいは今日独立したアイデンティティを獲得した子どもとして、子どもが常に意識的または無意識的にビジネスプロセス全体に関わっているようだと論じた。生産、消費、流通に至るまで、子どもの存在と力は無視できない。特に子供向け玩具業界では、子供たちの参加によってその発展がより持続可能になります。 [8] アイゼンバーグ氏は、今日の子供たちは1970年代に家庭用コンピュータを使用していたのと同じように3Dプリントソフトウェアを使用していると指摘しました。より多くの3Dプリント材料を開発し、子供に適したモデリングソフトウェアを開発し、それを子供のゲームの特性と組み合わせて設計することができれば、3Dプリントは子供たちのより良い発達に役立つと信じています。〔9〕

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