——記國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目“超高速數(shù)碼噴印設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”

時(shí)裝秀場(chǎng)上，模特身著色彩絢麗、印花生動(dòng)、質(zhì)料各異的華美服飾，解鎖新一輪流行趨勢(shì)。幾天后，緊扣潮流脈搏，印花時(shí)髦的服飾已出現(xiàn)在市井街頭……反應(yīng)快、多品種、小批量、個(gè)性化，“快時(shí)尚”的時(shí)代已然到來(lái)。于瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)演繹“速度與激情”，這背后，印花新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展起著不可忽視的重要作用。

早在2004年，浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院陳耀武教授及其團(tuán)隊(duì)就開始致力于超高速數(shù)碼噴印設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用。在國(guó)家“863”計(jì)劃和國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目支持下，聯(lián)合杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司等單位進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年攻關(guān)，研發(fā)了噴印速度快、印花精度高、可個(gè)性化生產(chǎn)、綠色環(huán)保的超高速數(shù)碼噴印技術(shù)及設(shè)備。它正逐漸成為引領(lǐng)紡織印花行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心關(guān)鍵力量之一。憑借于此，陳耀武團(tuán)隊(duì)也獲得了2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

讓“智能大腦”高效運(yùn)轉(zhuǎn)

我國(guó)是紡織印花大國(guó)，傳統(tǒng)印花工藝需要人工刻網(wǎng)、調(diào)色，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，印花精度低，且會(huì)產(chǎn)生大量廢水，已嚴(yán)重阻礙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。數(shù)碼噴印技術(shù)的出現(xiàn)，為緩解上述問(wèn)題帶來(lái)了新希望。如同打印機(jī)打印紙張一般，只要在電腦中輸入圖像，人們就可以便捷地拿到實(shí)際樣品。然而長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)碼噴印生產(chǎn)速度慢，無(wú)法跟上市場(chǎng)需求批量生產(chǎn)，僅能用于設(shè)計(jì)打樣等應(yīng)用。開發(fā)超高速數(shù)碼噴印設(shè)備可以說(shuō)是滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的唯一出路。

經(jīng)過(guò)反復(fù)探索，陳耀武團(tuán)隊(duì)突破這一困擾超高速數(shù)碼噴印發(fā)展的重大技術(shù)瓶頸，發(fā)明了基于眾核處理器和大規(guī)模FPGA的超大流量噴印數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)并行處理引擎，讓系統(tǒng)擁有了能夠高效運(yùn)轉(zhuǎn)的“大腦”。

從2004年開始研究到2009年研制出第一臺(tái)超高速數(shù)碼印花機(jī)樣機(jī)，再到今天，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)優(yōu)化技術(shù)的腳步從未停歇。在同一塊面料上混合噴印出豐富細(xì)膩的色彩，擺脫花回限制，細(xì)致逼真地展現(xiàn)顏色漸變、云紋等精美圖案，實(shí)現(xiàn)即打即印，立等可取，可以說(shuō)夢(mèng)想已成為現(xiàn)實(shí)。

到目前為止，超高速數(shù)碼噴印已可在1200×600dpi精度下對(duì)最大寬幅3.2米的織物進(jìn)行彩色高精度噴印，且噴印速度達(dá)1000平方米/小時(shí)以上。

事實(shí)上，要做到這些，相當(dāng)不易。它意味著要將電腦上的設(shè)計(jì)圖案實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為32個(gè)噴頭的控制信號(hào)，而每個(gè)噴頭上有2656個(gè)噴孔同時(shí)以2萬(wàn)次/秒的速度進(jìn)行著噴印。由于超高速數(shù)碼噴印設(shè)備的噴頭陣列排布方向與電腦設(shè)計(jì)圖案方向相差90度，噴孔數(shù)據(jù)以“位（bit）”而非“字節(jié)（byte）”為單位，所以除了要實(shí)現(xiàn)8萬(wàn)多個(gè)噴孔的精準(zhǔn)時(shí)序控制，系統(tǒng)還必須先將設(shè)計(jì)圖案按“位”旋轉(zhuǎn)后再送入噴頭進(jìn)行噴印，實(shí)時(shí)處理的噴印數(shù)據(jù)量之大可想而知。

給機(jī)器裝上“火眼金睛”

超高速數(shù)碼噴印采用墨水進(jìn)行圖像噴印，而墨水很容易在噴墨口上凝聚結(jié)塊，使噴孔堵塞。84992個(gè)直徑為20微米的噴孔，一旦有幾個(gè)出現(xiàn)堵塞，就可能出現(xiàn)噴印圖像色彩失真、漏印等問(wèn)題。

為此，該項(xiàng)目提出了基于視頻的噴頭狀態(tài)高速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制方法及系統(tǒng)。通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)采集高分辨率的圖案，將其與系統(tǒng)中預(yù)存的圖案通過(guò)算法進(jìn)行比較、判定，圖像處理系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送給噴頭控制系統(tǒng)。只要發(fā)生堵塞，噴頭就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行清洗，這有效防止了由于噴頭堵塞引起的嚴(yán)重噴印缺陷。

“失之毫厘，謬以千里”，噴印圖像殘缺、噴頭滴墨、噴孔出墨不均勻、導(dǎo)帶步進(jìn)不準(zhǔn)等諸多因素都可能造成織物噴印品質(zhì)的嚴(yán)重下降。當(dāng)超高速數(shù)碼噴印設(shè)備進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，織物紋理和噴印圖像花型往往較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法在高速生產(chǎn)條件下做到高精度實(shí)時(shí)微缺陷檢測(cè)。而噴印缺陷一旦發(fā)生，出現(xiàn)大量次品，造成原材料的嚴(yán)重浪費(fèi)幾乎是必然。

通過(guò)發(fā)明基于高性能嵌入式處理器的噴印缺陷在線自動(dòng)檢測(cè)方法和系統(tǒng)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為機(jī)器裝上了識(shí)別缺陷的“火眼金睛”。當(dāng)系統(tǒng)判定缺陷產(chǎn)生后，可通過(guò)報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等方式將損失降到最低。

為行業(yè)換上“綠色新裝”

攻克諸多技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)碼噴印，項(xiàng)目獲得了授權(quán)發(fā)明專利29件，其中美國(guó)專利2件，發(fā)表了SCI/EI論文27篇，研發(fā)了系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速數(shù)碼印花機(jī)。

行業(yè)權(quán)威期刊《Digital Textile》曾對(duì)全球超高速數(shù)碼噴印設(shè)備進(jìn)行對(duì)比、評(píng)估，該項(xiàng)目總體技術(shù)居國(guó)際領(lǐng)先水平。此外，據(jù)紡織品行業(yè)權(quán)威咨詢公司——英國(guó)WTiN發(fā)布的2015年度全球市場(chǎng)分析報(bào)告顯示，2015年度采用該項(xiàng)目成果噴印的織物產(chǎn)量占全球市場(chǎng)的13%，為全球第二。

目前，項(xiàng)目產(chǎn)品已出口到意大利、日本等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在200多家印花企業(yè)成功應(yīng)用。近三年，實(shí)現(xiàn)新增產(chǎn)值3.07億元，出口創(chuàng)匯9323萬(wàn)元。項(xiàng)目成果也已被列入國(guó)家發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》、工信部《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》和環(huán)保部《國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》。

作為滿足“中國(guó)制造2025”個(gè)性化定制生產(chǎn)需求和“快時(shí)尚”消費(fèi)需求的新一代印花設(shè)備，超高速數(shù)碼噴印設(shè)備正成為推動(dòng)紡織印花行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升紡織印花產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要力量。

而在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)方面，該項(xiàng)目也發(fā)揮著積極的作用。不同于傳統(tǒng)印花過(guò)量給墨、給槳，布面上50%以上的染料會(huì)被洗去，產(chǎn)生大量高污染廢水，超高速數(shù)碼噴印過(guò)程中，染料的使用由計(jì)算機(jī)按需分配，化工染料的消耗及廢水排放都大幅度降低，廢水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后即可循環(huán)利用。這為紡織印花行業(yè)換上“綠色新裝”提供了新可能。

科技創(chuàng)新，永遠(yuǎn)在路上。陳耀武表示，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)攻堅(jiān)克難，研制下一代超高速數(shù)碼噴印技術(shù)及應(yīng)用，讓數(shù)碼噴印的速度更快，精度更高，節(jié)能環(huán)保能力更強(qiáng)。