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基于激光的紡織品無水印花技術研究

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:互聯網發布時間:2019年11月05日瀏覽:132

  摘  要:紡織品激光無水印花技術因其環保、經濟、個性化、次品率低等特點,受到眾多國內外科研機構、設備生產商和紡織服裝企業的關注,目前已有較為成熟的生產設備及市場化產品面世。筆者根據所在科研團隊研究成果,結合企業一線生產經驗,對激光無水印花技術發展概況、技術原理、工藝特點進行了初步探討,并對該技術的研究、應用發展方向提出展望。

  關鍵詞:紡織品  激光  無水印花技術


  20世紀以來,激光是繼原子能、計算機、半導體之后,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”,激光技術目前已在通信、測量、軍事、醫療等多個領域被廣泛應用。隨著激光技術的不斷發展,該技術因其固有的優良特性已被應用于多個紡織品加工領域,如:激光織物裁剪、激光織物焊接、激光印花制版、激光纖維細度測量、激光織物改性、激光印花、激光鏤空等。


  1 紡織品激光印花無水技術概況

  傳統紡織品印花需要耗費大量的化工原料、水資源和電力資源,隨著國家對節能減排的逐漸重視,人力成本和原材料成本急劇增長,產品競爭激烈且品質同質化日益嚴重,傳統印花迫切需要環保、經濟、個性的替代工藝,基于激光在皮革、有機玻璃、金屬等領域的雕刻技術研究,環境友好、操作簡單、高效經濟的紡織品激光印花技術應運而生。

  目前國內研究機構關于此技術有不同稱謂,如“激光織物雕刻”、“激光織物雕花”、“激光織物刻蝕”等。這些名稱沿用了激光對金屬、有機玻璃、皮革等材料的加工稱謂,凸顯的是激光對材料的立體雕刻及鏤空,所加工的花紋以簡單矢量幾何圖案為主。激光對紡織品的加工有別于傳統剛性材料,一是紡織品與人體直接接觸,普遍較為纖薄、柔軟;二是紡織品印花花紋除了矢量幾何圖案外還有能實現層次較為豐富印花效果的位圖;三是紡織品上的花紋普遍較淺,不同于對剛性材料的大功率雕刻、鏤空。故將激光技術應用于紡織品印花領域需要對激光的能量和精度有更為精準的控制,并加以專有的傳送、固定裝置和圖案設計優化軟件。基于上述原因,結合該技術加工過程無需耗水的特點,筆者將其稱之為“紡織品激光無水印花技術”。

  近年來意大利、西班牙、土耳其、德國等多個國家,在紡織品激光無水印花技術領域取得了長足發展,0T-LAS、Avantec De Franceschi、VavtechnologY、LST Laser等企業已制造出較為成熟的激光無水印花設備,這些設備已被眾多國際知名服裝企業廣泛使用。國內該技術起步較晚,但近年來呈迅猛發展態勢,目前已有深圳創可激光、武漢金運激光、東莞光博士、廣東大族激光等設備制造商,著力于紡織品激光印花專用設備的制造和改良,香港理工大學、成都紡織高等專科學校、武漢科技學院、上海工程技術大學等科研機構,也開始專注于此技術的研究和應用。廣東信迪染整有限公司、成都西部牛仔水洗有限公司等傳統印染企業,已引入國內外先進激光印花設備用于批量化生產,其產品市場反響良好。


  2 紡織品激光無水印花技術原理

  紡織品激光無水印花是基于激光瞬時高溫能讓織物染料及表層纖維進行不同程度融化、升華的原理,實現對紡織品的立體拔色印花。激光拔色的印花圖案漸變自然、立體感強,符合當前人們追求簡約、時尚、懷舊、內斂、個性的時代潮流。

  紡織品激光無水印花設備一般采用二氧化碳激光器,波長為l0600nm,通過連續或脈沖兩種方式作用于被處理物體,根據激光工作面和織物傳送裝置差異分為連續式和排版式兩種。圖4為紡織品激光無水印花技術工藝流程。

  筆者根據在紡織品激光無水印花領域的研究,結合企業一線生產經驗,對激光無水印花設備主要部件說明如下:

  激光器:良好的激光器激具有能量穩定、后期維護保養成本低的特點。激光的最小光斑直徑達到0.2mm時.能實現較為精細的印花圖案。

  振鏡:把從激光器發出的光反射到工作面,一般有兩組振鏡(X-振鏡、Y-振鏡)。根據控制系統指令,振鏡被連接的電動馬達帶動以極快的速度振動,激光被振鏡反射后能達到每分鐘數千米的運行軌跡。激光功率加大后,振鏡的質量也會隨之加大,慣量增加,易導致圖案線條畸變等問題,故振鏡的優劣直接影響到印花圖案的精度和準度。

  激光控制系統:將印花圖案轉化為數字信號,控制激光器的功率、頻率、脈寬等參數和振鏡的運行情況。

  進樣裝置:織物的傳送及固定裝置,分為連續式印花(適用于大批面料加工,成本低、效率高、無接痕,類似于傳統圓網印花)和排版間歇式印花(適用于成衣加工及打樣,易于進行個性化調整,類似于傳統平網印花)。   定位裝置:分被動定位和主動定位兩種。被動定位(投影定位)是將印花圖案投影到工作臺面上,也有僅投影印花起始點的簡易投影裝置。主動定位(CCD掃描定位)是將工作臺面上的織物圖像掃描下來,實時傳送到控制軟件界面來調整位置,這種定位模式精度高,有利于與傳統印花技術復合使用。對于成衣加工來說定位裝置尤為重要。

  吸塵系統:將被高能激光升華、融化的細小染料及纖維顆粒吸走并壓縮,這些顆粒亦是本工藝唯一排放的污染物。

  印花圖案繪制優化軟件:結合紡織品的特點,繪制相應印花圖案,并將這些圖案數據優化后轉換為激光工作信號。

  筆者所在研究團隊對國內外眾多激光無水印花設備研究后發現:以上核心部件中激光器、振鏡、控制系統已發展較為成熟;紡織品激光無水印花特有的進樣裝置、定位裝置、吸塵系統和激光印花圖案設計優化軟件仍有較大的改進空間,而這些裝置的適配性直接影響生產效率和產品最終質量。


  3 紡織品激光印花無水技術的特點

  利用激光良好的單色性、相干性、方向性以及高能量密度等不可比擬的優點,使之與計算機數控技術绔合,形成的紡織品激光無水印花技術具有優質、高效、環保、低成本等特點。

  3.1 生態環保,經濟高效

  激光無水印花過程僅耗費少量的電量,規避了傳統印染工藝耗費大量的化工原料和水資源等問題,符合當前國家及紡織行業節能減排的發展趨勢,具有較高的環保和經濟價值。以0T-LAS連續式激光印花機為例,根據印花花紋復雜程度,耗電量約為0.005——0.1度/米;以Avantec De Franceschi排版式激光器加工牛仔褲為例,根據牛仔褲的尺碼和水洗效果輕重,耗電量約為O.05——0.2度/條。

  3.2 工藝簡單可靠,次品率低,人力依賴性小

  傳統印花工藝較為復雜,過程中涉及大量染化料助劑、水、溫度等影響因素,培養一名熟練的工人需要較長時間,且易因人為原因出現色差等次品。而紡織品激光無水印花技術工藝簡單,只需打好小樣(設計印花圖案及相應面料激光工作參數),批量生產時按照預先設定參數即可自動化生產,印花產品次品率低,工藝可靠,一線生產操作人員培養快,要求相對較低。

  3.3 時尚個性,不影響織物原有手感

  激光無水印花樸素大方,滿足了人們回歸自然的需求,賦予了印花織物較強的立體感和層次感,使織物具有時尚感和個性化。印花圖案所見即所得,結合當前時代迅猛發展的信息技術,易于進行個性化定制,能實現諸多傳統印花難以達到的效果,從而提升產品的品質感和競爭力。同時,由于激光印花技術是拔色印花,不會影響織物原有的手感和透氣性等。

  3.4 非接觸式加工,設備保養成本低

  基于激光遠距離高能量聚集的特性,激光無水印花技術采用非接觸式加工,機器設備損壞率極低。同時,二氧化碳激光器保養維護成本低,  進一步提高了激光無數印花工藝的經濟性。


  4 紡織品激光無水印花技術研究趨勢展望

  隨著國家節能減排措施的不斷推進,以及人力成本的逐漸上升,傳統紡織印花領域迫切需要革新原有生產工藝。近年來人們不斷將視線投向激光無水印花這一新型技術,相關生產設備及產品相繼面世,但目前該技術市場認知度仍較低。為了進一步提高設備性能,擴大推廣其應用范圍,推動激光無水印花技術的快速發展,今后該技術的研究應著力于以下幾個方面:

  4.1 生產設備改良

  由于紡織品激光無水印花設備最早是由激光雕刻皮革、金屬、有機玻璃等材料的設備改進而來,這些材料本身材質與紡織品有巨大差異,所以迫切需要研發適宜紡織品的進樣裝置、定位裝置、吸塵系統等,從而提高加工的效率和品質。

  4.2 印花圖案開發

  紡織品激光無水印花實現的拔色印花區別于傳統印花,為了體現其簡約、時尚、懷舊、內斂、個性的風格和良好的漸變效果,需開發出適宜的印花圖案,使產品實現差異化競爭,從而引領服飾時尚潮流。筆者所在的成都紡織高等專科學校無水印染技術創新中心在這方面已經開展了卓有成效的工作。

  4.3 專業圖案繪制優化軟件開發

  激光工作的時間與印花圖案的復雜程度有直接聯系,同時激光會對纖維有不同程度的損傷,在實現一定的印花視覺效果下,可以通過開發專業圖案繪制優化軟件對激光器的工作路徑進行優化,減少激光工作時間,提  高   激光印花效率,并降低對纖維的損傷】。

  4.4 適宜激光無水印花的染料、面料遴選

  研究不同染料、纖維在激光照射下的升華、融化情況,從而遴選出適宜激光處理的染料及面料。本中心與印染企業開展了長期的合作研究,在這方面已進行了深人的研究,并與取得顯著的成果。

  此外,與其他印染技術的結合、市場的推廣與認可、專業技術人才的培養亦是激光無水印花技術今后研究、工作的熱點與重點。

  激光無水印花技術因其操作簡單、對環境友好,生產效率高等特點,是一種很有前景的新型印染技術。激光無水印花技術雖然出現的時間較短,但其發展速度驚人,隨著對該技術的深入研究和應用推廣,相信激光無水印花技術將在面料開發和成衣后整理加工方面取得較大成績。

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