数码喷印上演“速度与激情”

——记国家技术发明奖二等奖项目“超高速数码喷印设备关键技术研发及应用”

时装秀场上，模特身着色彩绚丽、印花生动、质料各异的华美服饰，解锁新一轮流行趋势。几天后，紧扣潮流脉搏，印花时髦的服饰已出现在市井街头……反应快、多品种、小批量、个性化，“快时尚”的时代已然到来。于瞬息万变的市场演绎“速度与激情”，这背后，印花新技术的出现和发展起着不可忽视的重要作用。

早在2004年，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院陈耀武教授及其团队就开始致力于超高速数码喷印设备关键技术研发及应用。在国家“863”计划和国家科技支撑计划项目支持下，联合杭州宏华数码科技股份有限公司等单位进行产学研合作，团队通过多年攻关，研发了喷印速度快、印花精度高、可个性化生产、绿色环保的超高速数码喷印技术及设备。它正逐渐成为引领纺织印花行业转型升级的核心关键力量之一。凭借于此，陈耀武团队也获得了2017年度国家技术发明奖二等奖。

让“智能大脑”高效运转

我国是纺织印花大国，传统印花工艺需要人工刻网、调色，生产周期长，印花精度低，且会产生大量废水，已严重阻碍行业的可持续发展。数码喷印技术的出现，为缓解上述问题带来了新希望。如同打印机打印纸张一般，只要在电脑中输入图像，人们就可以便捷地拿到实际样品。然而长期以来，数码喷印生产速度慢，无法跟上市场需求批量生产，仅能用于设计打样等应用。开发超高速数码喷印设备可以说是满足大规模工业化生产的唯一出路。

经过反复探索，陈耀武团队突破这一困扰超高速数码喷印发展的重大技术瓶颈，发明了基于众核处理器和大规模FPGA的超大流量喷印数据实时并行处理引擎，让系统拥有了能够高效运转的“大脑”。

从2004年开始研究到2009年研制出第一台超高速数码印花机样机，再到今天，项目团队优化技术的脚步从未停歇。在同一块面料上混合喷印出丰富细腻的色彩，摆脱花回限制，细致逼真地展现颜色渐变、云纹等精美图案，实现即打即印，立等可取，可以说梦想已成为现实。

到目前为止，超高速数码喷印已可在1200×600dpi精度下对最大宽幅3.2米的织物进行彩色高精度喷印，且喷印速度达1000平方米/小时以上。

事实上，要做到这些，相当不易。它意味着要将电脑上的设计图案实时转换为32个喷头的控制信号，而每个喷头上有2656个喷孔同时以2万次/秒的速度进行着喷印。由于超高速数码喷印设备的喷头阵列排布方向与电脑设计图案方向相差90度，喷孔数据以“位（bit）”而非“字节（byte）”为单位，所以除了要实现8万多个喷孔的精准时序控制，系统还必须先将设计图案按“位”旋转后再送入喷头进行喷印，实时处理的喷印数据量之大可想而知。

给机器装上“火眼金睛”

超高速数码喷印采用墨水进行图像喷印，而墨水很容易在喷墨口上凝聚结块，使喷孔堵塞。84992个直径为20微米的喷孔，一旦有几个出现堵塞，就可能出现喷印图像色彩失真、漏印等问题。

为此，该项目提出了基于视频的喷头状态高速实时监测控制方法及系统。通过摄像头实时采集高分辨率的图案，将其与系统中预存的图案通过算法进行比较、判定，图像处理系统将检测结果实时发送给喷头控制系统。只要发生堵塞，喷头就会自动进行清洗，这有效防止了由于喷头堵塞引起的严重喷印缺陷。

“失之毫厘，谬以千里”，喷印图像残缺、喷头滴墨、喷孔出墨不均匀、导带步进不准等诸多因素都可能造成织物喷印品质的严重下降。当超高速数码喷印设备进行工业化生产时，织物纹理和喷印图像花型往往较为复杂，传统的机器视觉检测系统无法在高速生产条件下做到高精度实时微缺陷检测。而喷印缺陷一旦发生，出现大量次品，造成原材料的严重浪费几乎是必然。

通过发明基于高性能嵌入式处理器的喷印缺陷在线自动检测方法和系统，项目团队为机器装上了识别缺陷的“火眼金睛”。当系统判定缺陷产生后，可通过报警、自动停机等方式将损失降到最低。

为行业换上“绿色新装”

攻克诸多技术难题，实现超高速数码喷印，项目获得了授权发明专利29件，其中美国专利2件，发表了SCI/EI论文27篇，研发了系列具有自主知识产权的超高速数码印花机。

行业权威期刊《Digital Textile》曾对全球超高速数码喷印设备进行对比、评估，该项目总体技术居国际领先水平。此外，据纺织品行业权威咨询公司——英国WTiN发布的2015年度全球市场分析报告显示，2015年度采用该项目成果喷印的织物产量占全球市场的13%，为全球第二。

目前，项目产品已出口到意大利、日本等20多个国家和地区，在200多家印花企业成功应用。近三年，实现新增产值3.07亿元，出口创汇9323万元。项目成果也已被列入国家发改委《产业结构调整指导目录》、工信部《工业节能“十二五”规划》和环保部《国家鼓励发展的环境保护技术目录》。

作为满足“中国制造2025”个性化定制生产需求和“快时尚”消费需求的新一代印花设备，超高速数码喷印设备正成为推动纺织印花行业转型升级，提升纺织印花产品国际竞争力的重要力量。

而在节能减排和环境保护方面，该项目也发挥着积极的作用。不同于传统印花过量给墨、给桨，布面上50%以上的染料会被洗去，产生大量高污染废水，超高速数码喷印过程中，染料的使用由计算机按需分配，化工染料的消耗及废水排放都大幅度降低，废水经简单处理后即可循环利用。这为纺织印花行业换上“绿色新装”提供了新可能。

科技创新，永远在路上。陈耀武表示，团队将继续攻坚克难，研制下一代超高速数码喷印技术及应用，让数码喷印的速度更快，精度更高，节能环保能力更强。