文献综述
随着科学技术的飞速发展和企业之间竞争的日益加剧，产品生命周期越来越短，想要在市场上不断地获得优势，就必须进行创新。在工业生产领域，成批生产通常被分为三种，即大批生产、中批生产和小批生产三种。单件小批生产方式与大量大批生产方式都是典型的生产方式。众所周知，大量大批生产以其低成本、高效率与高质量取得的优势。而单件小批生产却以其产品的创新性与独特性在市场中占据着不可或缺的地位。如果要将新产品投入大量大批生产，那么在研究与试制阶段，其结构、性能、规格等各个方面还要作各种改进，单件小批量生产刚好能满足研究与试制阶段的需求。
在生产单件小批量塑料件时，新兴的参数化设计技术能够帮助企业进一步提高创新能力。参数化设计技术是计算机辅助设计领域的一个重要领域，采用这种设计方法,可以快速有效地进行产品开发。在开发产品时，零件形状和尺寸并不是完全确定的，这些参数要通过装配验证、性能分析和数控编程之后才能够明晰。如果零件模型能够具备易于修改的性质，那么产品开发的效率便能得到极大的提升。将模型中的定量信息变量化便是参数化设计的核心内容[1]。通过将模型中的定量信息变量化，使它变成为可以任意调整的参数。想要得到不同形状和尺寸的零件，只要将指定数值赋予变量化参数便可达到目的。在三维实体或曲面造型中，我们通常使用基于结构生成历程的方法来进行参数化设计[2]。
目前，参数化设计的研究范围已由最初的二维图纸参数化设计发展到了覆盖产品的整个生命周期参数化设计，研究的对象除了传统的二维图纸、三维零件实体等以外，还包括零部件间的装配关系，产品特征，产品变型设计等产品层次的参数化表示模型。这使得参数化自身的含义得到了进一步的拓宽，这些研究无疑将会进一步提高产品的设计和生产效率[3]。许多学者从不同的应用领域、不同的理论背景提出了许多参数化模型和求解算法，例如数值求解方法、符号计算方法、基于规则的方法、基于图的方法等[4]。与此同时，支持零件几何外型变化的参数化设计技术越来越成熟，在此基础上，支持产品设计的参数化模型及相关算法也成为CAD /CAM领域研究热点[5]。对于支持产品设计的参数化模型，需要研究更多的内容，包括建立产品模型的方式，模型中如何表达功能和几何信息的映射、蕴含在模型中的知识信息 ,如何进行知识推理，对产品参数化模型进行求解等，涵盖产品整个过程的参数化设计有着更广泛的应用前景[6]。
现如今获取参数的手段也越来越多，如利用三坐标测量仪，非接触式激光扫描仪等仪器能够快速地获取准确的参数。获得参数后，利用专业软件Imageware对参数进行消除噪点，处理曲面等等操作[7]，在这之后，只需要利用Solidworks生成三维实体便可满足一定的生产需求。
尽管参数化设计实现了复杂形体的高效、精确设计，但由于造型和结构的复杂度高，传统的加工工艺与很多参数化设计作品不完全适用，开模难度大大增加，过程十分繁琐，导致生产加工的成本高、效率低、良品率低[8]；甚至有些根本无法完成模具的制作，更不.要说付诸实际生产。这让很多参数化设计难以实现向实体产品的转化。不仅如此，这些局限反过来作用于设计过程，很多参数化设计擅长的造型在创意阶段就不被考量，使很多参数化设计的优秀方案被摒弃，极大限制了参数化设计优势的发挥，从而让参数化设计在产品设计领域的应用受到很大局限。3D打印技术的出现解决了这一难题，首先，3D打印相比传统的生产方式更为快速灵活。3D打印仅仅需要数字模型文件就可以进行打印制造，一体成型的特点省去了开模的成本和时间；产品造型和结构的调整也变得更加灵活，修改数字模型文件即可立即打印制造，这些技术特点极大地增加了从设计方案转化到实体产品、以及产品不断快速迭代更新的效率。其次，3D打印产品在造型和结构设计上的限制很少[9]。受制于传统生产加工工艺限制而无法实现、或需要很高成本才可以实现的造型或结构，由于3D打印“增材制造”的特点，大多均可较为便捷地实现，基本实现了只要可以完成数字建模，即可实现3D打印[10]。第三，3D打印的材料利用率大大提高。区别于传统“减材制造”生产模式大量的材料损耗，3D打印的“增材制造”模式对材料的利用率大大提高，甚至接近于原材料与打印成品1:1的无损耗生产。对材料的节约不仅将降低生产企业的材料成本、仓储成本和物流成本，也会减少对环境的污染，符合可持续发展的方向[11]。
目前，3D打印技术已在工业设计、文化艺术、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、雕刻、首饰等领域都得到了应用。随着技术自身的发展，其应用领域将不断拓展。全球3D打印行业的市场规模在2015年达到37亿美元，因此，报告保守估计3D打印市场机会为214亿美元。乐观者则认为当前市场渗透度仅为1%，从而3D打印市场机会为1700亿美元。目前，3D打印技术市场的年增长率为29.4%。据预测，到2019年将增长到65亿美元[12]。
3D打印技术的应用将从以下三个方面深刻改变传统制造业形态。一是使制造工艺发生深刻变革。3D打印改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式，节省了材料和加工时间。例如，在航空航天工业领域中应用的金属部件通常是由高成本的固体钛加工而成的，90%的材料被切除掉，这些切削材料对于飞行器的制作是毫无利用价值的。空客的母公司欧洲宇航防务集团( EADS) 研究人员指出，这些用钛粉末打印出的部件与一个传统用固体钛加工出来的部件一样经久耐用，但节省了90%的原材料。二是带动制造技术的重大飞跃[13] 。3D打印技术是一门综合应用CAD /CAM技术、激光技术、光化学、控制、网络以及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术。3D打印技术的不断成熟将推动新材料技术和智能制造技术实现大的飞跃，从而带动相关产业的发展。三是使制造模式发生革命性变化。3D打印将可能改变第二次工业革命产生的、以装配生产线为代表的大规模生产方式，使产品生产向个性化、定制化转变[14]。3D打印机的推广应用将缩短产品推向市场的时间，消费者只要简单下载设计图，在数小时内通过3D打印机就可将产品“打印”出来，从而不需要大规模生产线，不需要大量的生产工人，不需要库存大量的零部件，即所谓的“社会化制造”。“社会化制造”的另一优势是通过制造资源网和互联网，快速建立高效的供应链、市场销售和用户服务网，这是实现敏捷制造、精益制造和可持续发展的一种生产模式[15]。
在3D打印材料方面，据了解，目前可用的3D打印材料种类已超过200种，但对应现实中纷繁复杂的产品还是远远不够的。如果把这些打印材料进行归类，可分为石化产品类、生物类产品、金属类产品、石灰混凝土产品等几大类，在业内比较常用的有以下几种：
（1）ABS 塑料类ABS可以说是FDM最常用的打印材料，目前有多种颜色可以选择，是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料，比如打印玩具、创意家居饰件等。ABS材料通常是细丝盘装，通过3D打印喷嘴加热熔解打印。由于喷嘴喷出之后需要立即凝固，喷嘴加热的温度控制在ABS材料热熔点高出1°C到2°C，不同的ABS由于熔点不同，对于不能调节温度的喷嘴，是不能通配的。这也是为什么最好在原厂商购买打印材料的原因[16-18]。
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