纺织印花滚筒制版方法及其制版装置.pdf

本发明公开了一种纺织印花滚筒的制版方法及其制版装置；本发明先将滚花轮或滚花辊滚压表面包覆形状记忆材料的印花滚筒，从而在印花滚筒表面上形成均匀分布的凹点；经激光加热装置或者热敏打印装置加热后，受热的凹点恢复其原始平整形状，剩余未受热的凹点在印花滚筒上形成分色图案。多个这样的形状记忆印花滚筒安装在现有的纺织滚筒印花机上即可实施滚筒印花过程，从而获得纺织印花产品；由本发明的形状记忆印花滚筒实施的纺织滚筒印花过程工艺合理、工序简短、生产成本低、节能环保、兼容了传统印花和数码喷墨印花两大主流印花方法的优点。

权利要求书
1.  一种纺织印花滚筒的制版方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将滚花轮或滚花辊滚压表面包覆形状记忆材料的印花滚筒，从而在印花滚筒表面的形状记忆材料上形成均匀分布的凹点；
（2）按照计算机分色图像信号经激光加热装置或者热敏打印装置定点加热后，受热的凹点由于形状记忆效应恢复其原始平整形状，剩余未受热的凹点在印花滚筒上形成分色图案；
（3）对应于不同分色图案的多个步骤2得到的形状记忆印花滚筒安装在纺织滚筒印花机上，实施滚筒印花过程，从而获得纺织印花产品；
（4）印花过程完成需要更换花型图案时，将印花滚筒整体加热至所有凹点由于形状记忆效应而恢复其原始平整形状；重复步骤1-3，即可再次制备新花型图案的印花滚筒。

2.  一种纺织印花滚筒的制版装置，其特征在于，包括：形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元、滚压装置和机架等；其中，所述形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元和滚压装置均安装在机架上；形状记忆印花滚筒在滚筒支撑装置上旋转并在其上接受滚花单元的滚压；滚花单元安装在滚压装置上并由其提供压力对形状记忆印花滚筒实施滚压过程；凹点平复装置以无接触加热方式或者接触加热方式为形状记忆印花滚筒定点提供热量，以在其上形成凹点分色图案；所述凹点平复装置为激光加热装置或者热敏打印装置，滚花单元为滚花轮或滚花辊。

3.  根据权利要求2所述印花滚筒的制版装置，其特征在于，所述形状记忆印花滚筒由金属滚筒和包覆在其表面上的形状记忆材料组成。

4.  根据权利要求2所述印花滚筒的制版装置，其特征在于，所述激光加热装置包括激光器和激光扫描装置；所述激光器是一种高平均功率的连续或高重复频率脉冲激光器，平均功率大于1W，重复频率大于1kHz；所用激光器包括但不限于半导体激光器、固体激光器、光纤激光器和气体激光器以及由上述激光器通过非线性光学手段变频后所获得的各类激光器；激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的形状记忆材料上。

5.  根据权利要求2所述印花滚筒的制版装置，其特征在于，所述热敏打印装置由热敏打印头、控制电路及其机械驱动装置组成。

6.  根据权利要求2所述印花滚筒的制版装置，其特征在于，所述滚花轮或滚花辊为表面上均匀分布凸点的硬质合金轮或辊筒。

说明书纺织印花滚筒制版方法及其制版装置
技术领域
本发明涉及一种纺织印花滚筒的制版方法及其印花滚筒的制版装置，尤其涉及一种利用形状记忆材料的特性，借助激光加热装置或者热敏打印装置提供的定点热效应，完成纺织印花滚筒制版过程的方法及其制版装置。
背景技术
众所周知，现有纺织印花方法主要分为两大类：传统印花和数码喷墨印花。
传统印花方法通常包括以下工序：分色、制版、配色、调浆、印花、蒸化、水洗、烘干、后整理等。传统印花方法工序繁复、生产周期长、生产过程耗水耗能多、产生废水等污染物多，但印花速度快，批量较大时其生产成本较低。
数码喷墨印花方法通常包括以下工序：上浆、喷墨打印、蒸化、水洗、烘干、后整理等。与传统印花方法相比，数码喷墨印花方法工序简单、生产周期短、生产方式灵活，适合于批量较小花型图案多变的印花生产。
从以上两大类现有纺织印花方法的特点和比较上，不难看出，传统印花方法的致命缺点是其印花制版方法十分繁复而又费时费力，这是制约传统印花整个生产过程的瓶颈问题，而喷墨印花方法则仅在无需制版上胜于传统印花方法，但其解决印花制版问题的代价是非常高昂的。首先，喷墨印花方法只能使用价格昂贵的特制墨水，不但耗材成本高，而且墨水质量低劣的话，极易堵塞喷墨打印头，造成打印头报废及印花次品。其次，喷墨印花方法印花速度慢，因为其打印头往复机械运动速度和喷墨速度在高速时由于惯性的存在很难两者兼顾，且日益接近极限。为提高印花速度，现有的喷墨印花机不得不将几个甚至几十个价格昂贵的喷墨打印头并联使用，这不仅提高了生产设备成本，因喷墨打印头使用寿命有限也造成了日后设备维修保养费用的居高不下。不但如此，在喷墨印花生产过程中，打印头高速喷射出来的墨水，会造成众多飞沫飘散在打印机周围环境中，其中的有毒化学溶剂和染颜料细小颗粒会被生产工人吸入并污染生产环境。这个问题至今还少有人关注，但只要观察喷墨印花生产车间的排风口附近都有大片染颜料沉积物以及恒温恒湿密闭生产车间中难闻的化学品气味，就可以知道这种印花生产方式的污染严重性。喷墨印花方法除了无需制版以外，其印花速度远不如传统印花方法，并且两者的印花后道工艺过程都是相同的，也就是数码喷墨印花方法和传统印花方法一样，印花后织物都需要经过蒸化、水洗和烘干等后处理工艺过程，需要耗用大量蒸汽、水和电能，同时亦会产生大量废水污染环境。
    传统印花方法如果制版瓶颈问题能获得解决的话，则其优越性毋庸置疑远胜于喷墨印花方法。也正因为如此，多年来，为克服现有纺织印花技术特别是其制版问题的缺陷，前人曾进行过多种努力，尝试研发其他能摆脱制版问题制约的纺织印花方法。例如，美国乔治亚理工学院[GIT] W. W. Carr等研究人员在20世纪90年代开始即持续多年研究运用静电复印原理进行纺织物印花的方法（W.W.Carr, D.S.Sarma, Lejun Wang, Songhua Shi, F.L.Cook, and P.H.Pfromm, Xerographic Printing on Textiles[P]. Industry Applications Conference, 1996. Thirty-First IAS Annual Meeting, IAS'96., Conference Record of the 1996 IEEE , Vol.4, pp1963 - 1973）。他们使用商业复印机和激光打印机作为印花试验设备，可用于各种纤维织物或混纺织物的印花，但此印花方法的实用性有待考证，其印花织物的色牢度和手感亦有较大问题（W.W.Carr, D.S.Sarma, L.Cook, S.Shi, L.Wang, P.H.Pfromm. Xerographic Printing of Textiles:Polymeric Toners and Their Performance[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2000, 78[13]:2425-2434）。2004年，据报道，日本京都市产业技术研究所纺织技术中心联合京都工艺纤维大学、理光公司（提供复印技术支持）、恒河沙（提供图像处理技术支持）、东伸工业（驰名纺织印花机生产商）和长濑有色化学公司（提供色料技术支持）共同开发数码静电印花机，推出了运用静电印刷原理，利用复印机的静电照相技术，能直接在织物上进行印花的静电印花样机（日本成功研制数码静电照相印花机[J]，印染,2004,30[21]:54）。他们试制的样机为3色，印花速度为5-10米/分。静电印花过程大致为：墨粉先从墨盒中受磁力吸引被吸附到硒鼓边上的磁辊上，再被带静电潜影的硒鼓表面吸附，然后转移到织物上形成印花图案，最后经加热等方法固着在纤维上完成印花过程。从静电印花方法的技术原理来看，这种印花方法主要是将成熟的纸张静电复印方法引入到纺织印花。静电印花方法至今未见后续产业化，这可能与其印花过程繁复、工艺要求高、印花机结构复杂、实用性差有关。
2007年，浙江理工大学[ZUST]沈一峰等研究人员曾尝试利用激光在纺织面料上进行印花的研究（沈一峰、章世君、傅泽华、杨芳、李叶峰，一种纺织面料的激光印花方法[P]，中国专利CN101082177A）。他们先利用激光对化纤面料进行辐射处理，然后再通过常规的染色过程在面料表面形成所需要的单色图案。究其技术原理，应该是预先利用激光对化纤面料进行辐射扫描，造成面料纤维表面形态和结构的某种改变或称局部改性，导致这些部位对光线的反射性和染料吸附性能的某种程度的改变，从而在染色时形成深浅不一的单色图案，这也是试图解决印花过程中制版问题制约的一种尝试。
2014年，浙江大学[ZJU]沈永行等研究人员尝试利用激光的光热或者光离化效应，在纺织物上进行印花的研究（沈永行、章健、赵之毅、吴波、姜培培，
一种纺织激光印花方法及其印花装置[P]，中国专利CN103879163A）。他们将与各颜色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在旋转辊筒上形成色浆涂层，经激光扫描光离化后在辊筒上形成分色图案，再分别转印至纺织物上形成彩色印花图案，经后处理后即成印花产品。这是一种有别于静电印花或者喷墨印花，同样无需制版的纺织印花新方法。
在传统印花方式中占据重要地位的滚筒印花，具有印花速度快、适应织物品种广、生产效率高和生产成本低等优点，历史悠久，生产过程可靠，适用于大批量的纺织印花生产。滚筒印花和其他传统印花过程相似，其滚筒制版过程，无论是手工雕刻、钢芯雕刻、缩小雕刻、照相雕刻、电子雕刻还是激光雕刻，不但十分繁复和耗时，而且其中多种制版方式还产生许多化学污染物，所以其优越性在很大程度上被其印花滚筒制版过程的落后所抵消。
发明内容
本发明的目的在于克服现有纺织滚筒印花方法的缺陷，提供一种印花滚筒的制版方法及其制版装置，由本发明的形状记忆印花滚筒组成的纺织滚筒印花过程工艺合理、工序简短、生产成本低、节能环保、兼容了传统印花和数码喷墨印花两大主流印花方法的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种纺织印花滚筒的制版方法，包括以下步骤：
（1）将滚花轮或滚花辊滚压表面包覆形状记忆材料的印花滚筒，从而在印花滚筒表面的形状记忆材料上形成均匀分布的凹点；
（2）按照计算机分色图像信号经激光加热装置或者热敏打印装置定点加热后，受热的凹点由于形状记忆效应恢复其原始平整形状，剩余未受热的凹点在印花滚筒上形成分色图案；
（3）对应于不同分色图案的多个步骤2得到的形状记忆印花滚筒安装在纺织滚筒印花机上，实施滚筒印花过程，从而获得纺织印花产品；
（4）印花过程完成需要更换花型图案时，将印花滚筒整体加热至所有凹点由于形状记忆效应而恢复其原始平整形状；重复步骤1-3，即可再次制备新花型图案的印花滚筒。
一种纺织印花滚筒的制版装置，包括：形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元、滚压装置和机架等；其中，所述形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元和滚压装置均安装在机架上；形状记忆印花滚筒在滚筒支撑装置上旋转并在其上接受滚花单元的滚压；滚花单元安装在滚压装置上并由其提供压力对形状记忆印花滚筒实施滚压过程；凹点平复装置以无接触加热方式或者接触加热方式为形状记忆印花滚筒定点提供热量，以在其上形成凹点分色图案；所述凹点平复装置为激光加热装置或者热敏打印装置，滚花单元为滚花轮或滚花辊。
进一步地，所述形状记忆印花滚筒由金属滚筒和包覆在其表面上的形状记忆材料组成。
进一步地，所述激光加热装置包括激光器和激光扫描装置；所述激光器是一种高平均功率的连续或高重复频率脉冲激光器，平均功率大于1W，重复频率大于1kHz；所用激光器包括但不限于半导体激光器、固体激光器、光纤激光器和气体激光器以及由上述激光器通过非线性光学手段变频后所获得的各类激光器；激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的形状记忆材料上。
进一步地，所述热敏打印装置由热敏打印头、控制电路及其机械驱动装置组成。
进一步地，所述滚花轮或滚花辊为表面上均匀分布凸点的硬质合金轮或辊筒。
    本发明的有益效果是，
1、本发明采用的制版方法提供了一种全新的纺织印花滚筒制版技术。与现有的印花滚筒制版方法相比，本发明的制版方法利用形状记忆材料所特有的形状记忆效应完成印花滚筒的制版过程。完成印花生产后，印花滚筒随即可再次用于新花型图案的制版。
2、本发明的印花滚筒制版采用计算机图像处理技术和数字激光扫描技术或热敏打印技术，印花滚筒表面的凹点分布、凹点形状、凹点深度和制版精度等根据印花工艺要求随时可通过更换滚花轮或滚花辊而进行调整。
3、本发明的印花滚筒制版及其滚筒回用再制版过程均为纯粹的物理过程，节能环保，所有过程均不产生任何污染。
4、本发明的印花滚筒制版过程快速而又简捷，拥有滚筒印花机的纺织印染厂只需添置本发明提供的制版装置作为其滚筒印花机的附属装置，即可自行实施之前几乎完全需要送专门制版厂才能完成的印花滚筒制版过程，既节约时间又节约成本。
5、本发明的印花滚筒制版装置也可以有机地集成在滚筒印花机系统中，快速而又高效地形成从印花滚筒制版、滚筒印花生产到印花滚筒再制版，周而复始的整个循环过程。
6、本发明的印花滚筒制版方法使得纺织滚筒印花过程不但能满足大批量印花生产的要求，同时亦能快速响应多花色小批量订单需求。
附图说明
图1为形状记忆印花滚筒制版装置主视结构示意图；
图中：形状记忆印花滚筒1、凹点平复装置2、滚筒支撑装置3、滚花单元4、滚压装置5、机架6。
具体实施方式
众所周知，因受到外力等初始条件约束而改变初始形状的热致形状记忆材料，当加热至一定温度时，其材料内部会解除约束应力从而恢复其初始形状，这就是形状记忆材料所特有的形状记忆效应。这种形状记忆效应可随外部约束条件的变化而周而复始地呈现，人们可以利用这种效应完成许多在通常情况下无法实现的目标任务，例如卫星天线在太空中其抛物线形状的自然展开等等。
本发明的纺织印花滚筒制版方法的技术原理就是利用形状记忆材料所特有的形状记忆效应，先将滚花轮或滚花辊滚压表面包覆形状记忆材料的印花滚筒，从而在印花滚筒表面上形成均匀分布的凹点。经激光加热装置或者热敏打印装置定点加热后，受热的凹点由于形状记忆效应恢复其原始平整形状，剩余未受热的凹点则在印花滚筒上形成分色图案，从而快速而又简捷地完成印花滚筒的制版过程。
本发明的印花滚筒制版方法和传统印花或数码喷墨印花方法或其他印花方法一样，在制版前需要先将彩色印花图案按照CMY三分色、CMYK四分色、三或四分色加专色、或者其他合适的方式进行计算机分色处理，分色总数应少于或等于现有滚筒印花机的套色数。本发明的印花滚筒制版过程为：
（1）将滚花轮或滚花辊滚压表面包覆形状记忆材料的印花滚筒，从而在印花滚筒表面的形状记忆材料上形成均匀分布的凹点。
（2）按照计算机分色图像信号经激光加热装置或者热敏打印装置定点加热后，受热的凹点由于形状记忆效应恢复其原始平整形状，剩余未受热的凹点在印花滚筒上形成分色图案。
（3）对应于不同分色图案的多个这样的形状记忆印花滚筒安装在现有的纺织滚筒印花机上即可实施滚筒印花过程，从而获得纺织印花产品。
 （4）印刷过程完成需要更换花型图案时，将印花滚筒整体加热至所有凹点
由于形状记忆效应而恢复其原始平整形状。重复步骤1-3，即可再次制备新花型图案的印花滚筒。
本发明的印花滚筒制版装置包括以下主要结构：一种纺织印花滚筒的制版装置，包括：形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元、滚压装置和机架等；其中，所述形状记忆印花滚筒、凹点平复装置、滚筒支撑装置、滚花单元和滚压装置均安装在机架上；形状记忆印花滚筒在滚筒支撑装置上旋转并在其上接受滚花单元的滚压；滚花单元安装在滚压装置上并由其提供压力对形状记忆印花滚筒实施滚压过程；凹点平复装置以无接触加热方式或者接触加热方式为形状记忆印花滚筒定点提供热量，以在其上形成凹点分色图案；所述凹点平复装置为激光加热装置或者热敏打印装置，滚花单元为滚花轮或滚花辊。
本发明的印花滚筒制版装置所加工的形状记忆材料印花滚筒，其内部材质为金属，其表面包覆材质为形状记忆材料，如形状记忆合金：镍钛基记忆合金、铜基记忆合金、铁基记忆合金等；如形状记忆陶瓷：氧化锆陶瓷等；如形状记忆聚合物：聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯共聚物等。
本发明的印花滚筒制版装置所应用的激光加热装置由一个激光器和一个激光扫描装置组成。该激光器是一种高平均功率的连续或高重复频率脉冲激光器，平均功率大于1W，重复频率大于1kHz，脉冲激光器的脉宽没有限制；所用激光器包括但不限于半导体激光器、固体激光器、光纤激光器和气体激光器以及由上述激光器通过非线性光学手段变频后所获得的各类激光器；激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的形状记忆材料上。
本发明的印花滚筒制版装置所应用的热敏打印装置包括但不限于：由半导体加热元件组成的热敏打印头、控制电路及其机械驱动装置。
本发明的印花滚筒制版装置所应用的滚花轮或滚花辊为其表面上均匀分布能满足纺织滚筒印花工艺要求和滚压成型工艺要求的凸点硬质合金轮或辊筒。
本发明的工作过程如下：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明。以下实施例是对本发明多种实施方法中某几种方法的具体解释，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：参照附图1，先将彩色印花图案按照CMYK四分色模式进行分色处理，获得CMYK四通道分色图（包括青色[Cyan]、红色[Magenta]、黄色[Yellow]和黑色[Black]），并将此四分色图像信号传输给激光印花滚筒制版装置。以青色印花滚筒为例说明形状记忆材料印花滚筒的制版过程：先将形状记忆印花滚筒1载入滚筒支撑装置3，滚压装置5驱动滚花单元4紧贴形状记忆印花滚筒1，并边旋转边对形状记忆印花滚筒1施加均匀恒定的压力，由此在形状记忆印花滚筒1的形状记忆材料表面上滚压出均匀分布的凹点点阵。形状记忆印花滚筒1旋转一周，其表面形状记忆材料的凹点轧制过程完成后，滚压装置5驱动滚花单元4脱离形状记忆印花滚筒1。随后，形状记忆印花滚筒1边旋转边接受激光加热装置2按照青色分色图像信号调制的激光束扫射，其表面形状记忆材料上受热的凹点随即恢复其原始平整形状，而未受到激光束扫射的凹点仍保留其凹点形状。形状记忆印花滚筒1旋转一周后，在其滚筒表面形成由众多细小凹点组成的分色图案，完成青色印花滚筒的制版过程。将形状记忆印花滚筒1自滚筒支撑装置3卸下，装入现有的纺织滚筒印花机即可与其他颜色的印花滚筒组合在一起，共同开始印花生产。其它颜色的形状记忆材料印花滚筒制版过程和上述青色印花滚筒相同。
印花生产完成，需要更换新的印花图案时，可再次将形状记忆印花滚筒1载入制版装置的滚筒支撑装置3，边旋转边接受特定温度范围的热风加热，滚筒表面形状记忆材料上的所有凹点随即消失，印花滚筒表面恢复其原始平整形状，可再次用于新花型图案的制版。