【文創設計】童玩的科學原理 — 雷切平衡蜻蜓

作者:文創造設計工作室/張宇文

文創造最近一直在研究童玩的科學原理與科學在玩具中的應用,其我非常喜歡「平衡玩具」系列,因為這類玩具造型多元,還可自己製作。形式上常見的有「鳥&鷹型」、「蜻蜓&蝴蝶型」、「直立槓桿型」;材質更是從紙、竹木、塑料到金屬等都可製作。

紙製鳥型平衡玩具(圖片來源:文創造提供)

塑料製鷹型平衡玩具(圖片來源:文創造提供)

金屬製槓桿型平衡玩具(圖片來源:Acrobat illustrating the state of equilibrium

今天文創造要來分享一些網路上的教學,以及文創造自己設計的雷射切割版本。

作品設計理念

平衡系列的玩具,基礎上都是利用槓桿原理的應用與力矩、重心平衡的原理來設計。相關資料與文章網路上非常的多,只要收尋關鍵字「平衡玩具」、「平衡鳥」(Balance Bird)、「蜻蜓」(Balance Dragonfly)就會出現許多的資料。

以下就直接跟大家分享文創造最喜歡的系列「竹製平衡蜻蜓」這一組玩具是很久之前在某個老街的紀念品店購買的,非常適合放在書桌上,風吹過時,它會慢慢地晃動,非常有趣。

(圖片來源:文創造提供)

後來上網查了一下,網路上也有高手利用竹筷與冰棒棍製作。文創造因而思考,類似的結構是否能利用「雷射切割的結構設計」製作出來,最理想的狀態是,不用上膠或後加工,就可直接組裝並產生相同的效果。

作品設計過程

一開始最快的方式,當然是拿實物來測量尺寸。這個過程主要是抓比例,所以並沒有太過精準,得到的尺寸大致如下。

蜻蜓尺寸(圖片來源:文創造提供)

得到大略的尺寸後,就要來化整為零,把所有尺寸給整數化,並且思考如何分解與組裝。

雷切蜻蜓,將翅膀與身體分開(圖片來源:文創造提供)

增加一個卡榫可讓蜻蜓在組裝時方便許多。

(圖片來源:文創造提供)

作品建模預覽

假如怕設計上有錯誤或是干涉,可以利用 3D 建模軟體檢視是否有問題,接著就能使用雷射切割機開始製作了。

蜻蜓 3D 建模(圖片來源:文創造提供)

作品組裝測試

雷射切割完成後得到以下的零件,非常的少,幾乎不需要說明書。

(圖片來源:文創造提供)

第一次組裝時,發現配重的部分有一點輕,所以利用磁鐵增加重量。

(圖片來源:文創造提供)

第二次,經過了改版,將翅膀的長度拉長了一點之後,重心就穩定很多,也順利完成這次的作品。

(圖片來源:文創造提供)

附上原版與雷切版的合照。

(圖片來源:文創造提供)

小結

創新設計一直是各國政府重視的教育發展指標。文創造一直在推廣「玩樂教育」並以《論語》「樂於學」為啟發,希望孩子能在玩樂中學習,從小培養正確的生活態度及觀念,因為我們始終認為,孩子雖然是現在社會的 20%,卻是未來社會的 100%。

在本次的分享中,文創造希望透過這個大家可能都見過的玩具,從設計到製造,慢慢地讓大家了解其中的原理與內涵,學會創新設計的流程與實務上的應用,並且想辦法在原有的基礎上做創新。

補充資料

  1. 用紙製作平衡鳥
  2. 用紙製作愛心型平衡玩具

(責任編輯:賴佩萱)

文創造 設計工作室

Author: 文創造 設計工作室

善長於利用結構設計,創造以環保、智能啟發、美學教育為目地的互動結構裝置,並在設計中帶入中華元素及文化意涵是其特色。 作品具備實用性、啟發性,並以教育、趣味、互動為手段的相關作品。

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