基于密度曲線模型提升熱轉移印花印品質量

苗潤豐, 苗堯毓, 高鵬福, 燕 雨, 譚艷君, 霍 倩, 苗長盛,c

(1.西安工程大學 a.紡織科學與工程學院; b.陜西省功能材料染整創新工程中心; c.科技成果轉化中心,西安 710048;2.丹東大禹水利水電工程建設監理有限公司,遼寧 丹東 118001)

隨著數碼印花行業的快速發展,企業及客戶對織物上圖案多樣性、個性化的設計需求日益增加,色彩管理的重要性便體現出來了。在紡織品數碼印花領域中,如何有效地再現顏色來控制色差依舊是行業的難題,其中墨水所占的成本比例約占數碼印花生產總成本的40%。密度曲線是影響數碼印花顏色能否準確再現的重要因素之一,其墨量數值如果設置偏高,數碼印花機打印在熱轉印紙上的圖案就會出現堆墨和溢墨的情況;如果墨量數值設置過低,則會導致轉印圖案的飽和度達不到客戶的要求。不同通道墨量如果設置不佳,會導致CMYK四色拼色時出現偏色的情況,也就會產生色差。因此,企業需要通過控制密度曲線來避免出現滲化和堆墨的現象。此外,本文可以在滿足客戶要求的顏色深度下,為企業節約成本,避免不必要的墨水浪費[1]。

由于面料結構上的差異性,不同面料能承受的最大墨量也不盡相同。墨量過多會導致織物印制圖案滲透嚴重,影響打印圖案清晰度,造成不必要的墨水損耗而增加企業的打印成本;墨量太少顏色飽和度達不到客戶要求而產生色差,因此本文基于密度曲線[2]模型來提升紡織品顏色再現的質量,可以解決部分企業由于密度曲線參數設置不合理而導致墨水損耗過高的問題。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

織物:滌綸平紋機織物(上海維爾拉智能科技有限公司),平方米質量113 g/m2;滌綸斜紋機織物(東莞市云帆紡織有限公司),平方米質量127 g/m2。

墨水:Epson原裝四色分散墨水,青色(T7422)、品紅色(T7423)、黃色(T7424)、黑色(T742X)。

儀器和軟件:Epson SureColor F6280型四色噴墨打印機(Epson公司),超景深三維顯微系統VHX-5000(KEYENCE基恩士公司),Profile Maker Professional 5.0.10、i1 Publish Pro 2和i1 Profiler(X·Rite公司),Photoshop PS 5(Adobe公司),數碼壓燙機(義烏市熙美數碼影像有限公司),Datacolor500型測色配色儀(德塔顏色商貿(上海)有限公司),標準燈箱QC2000(廣州維多樂科技有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 密度曲線法

以滌綸為印花織物,采用熱轉印的方法來轉印圖案,其中溫度設置為210 ℃、時間設置為35 s、壓力設置為0.4 MPa。首先打印CMYK四色質量百分數0～100%(質量百分數差為5)的色塊,使用Measure Tool軟件測量各質量百分數梯度色塊色密度,然后使用Origin中自帶Tangent插件分別找到四色質量百分數斜率絕對值最小的點(說明隨著質量百分數的增加轉印在織物上的色密度不再增加),即為CMYK四色單通道墨量設定值。由于Epson SureColor F6280型四色噴墨打印機是RGB打印機,因此總墨量設定上限為300。將打印RGB各質量百分數色塊通過熱轉印的方法轉印在滌綸織物上,通過Datacolor500型測色配色儀測量各點K/S值,相加即為總墨量的最大值。最后,采用NeoStampa8 Calibration Wizard軟件線性化之后生成密度曲線,即為密度曲線法。

1.2.2 RIP法和最大墨量法

RIP(Raster image processor)法與密度曲線法相類似,不同之處在于RIP法按照軟件要求打印軟件自帶的各通道色塊,然后由i1 Publish Pro 2分光光度儀掃描測量得到結果,后由軟件自動生成各通道墨量設置數值,之后由NeoStampa8 Calibration Wizard軟件線性化之后生成密度曲線。最大墨量法即為單通道墨量數值都設置為100,總墨量數值設為300,在NeoStampa8 Calibration Wizard線性化之后建立密度曲線。

1.3 性能測試

1.3.1 輪廓清晰度

采用超景深三維顯微鏡測量織物上的打印線寬,為了確保數據的準確性在線條圖案上均勻地選取30處測量線寬并計算平均值,即為最終的打印線寬。按照下式計算線寬變化率W[3-4]。W值越小說明墨水滲化程度越低,圖案的清晰度效果越好。

(1)

式中:D為實測平均線寬;D0為打印線寬;W為線寬變化率。

1.3.2K/S值

采用Datacolor500型測色配色儀測量色塊K/S值,測量時將色塊折疊四次并測量四處不同的點測量后取平均值。

1.3.3 色 差

CIEDE2000色差公式理論上是與人的視覺最為匹配的色差公式,其定義于修正的CIELAB空間,不僅對評價小色差有更為理想的明度、彩度、色相加權函數,同時具備了校正藍色、綠色寬容度參數[5-8]。

(2)

1.4 印制工藝

采用熱轉印的方法來轉印圖案,其中溫度設置為210 ℃、時間設置為35 s、壓力設置為0.4 MPa。

2 結果與分析

2.1 密度曲線模型的建立

2.1.1 密度曲線中的單通道墨量控制

本實驗選擇NeoStampa8 Calibration Wizard軟件自帶的色標,色標梯度為21級,色塊的濃度變化為0～100%,每個階梯的梯度為5%,如圖1所示。

圖1 單通道墨量色標Fig.1 Single channel ink color code

使用i1 Publish Pro 2型分光光度計在Measure Tool測色軟件上測量不同梯度質量百分數打印色塊的色密度,為了保證測量數值的準確性,測量時將織物上每個色塊都折疊四次并測量色塊四處不同的點取平均值,測量結果如圖2所示。

由圖2可知,CMYK四色隨著質量百分數增加測量的色密度也在不斷增大并最終趨向于飽和,說明隨著墨量的增加織物對于光的吸收達到最多,透射率也降到最低。采用Origin中的Tangent工具測量每個點的斜率,斜率變化情況如圖3所示。

圖2 CMYK四色色密度Fig.2 Color densities of the four colors of CMYK

圖3 CMYK四色色密度斜率Fig.3 Density slopes of the four colors of CMYK

由圖3可知,隨著CMYK四色質量百分數的增加,對應各點的切線斜率基本在不斷減小并呈負相關的關系,說明隨著質量百分數的增加織物上的色密度趨向于飽和,對于光的吸收達到最多,透射率也降到最低。找到曲線中CMYK四色斜率為0的點,其對應的質量百分數即為CMYK四色單通道墨量的飽和點,CMYK四色各通道的飽和點即為各通道針對當前織物所能承受的最大墨量。CMYK四色各通道的最大墨量與色密度如表1所示。

表1 CMYK各階梯的最大墨量與色密度Tab.1 Maximum ink volumes and color densities of each step of CMYK

2.1.2 密度曲線中的總墨量控制

單通道墨量控制并不能完全確定密度曲線,由于各顏色的拼色混色墨量上限不同,如果總墨量設置不合理則會產生偏色從而產生色差,因此還要進行總墨量控制?？偰恐傅氖亲疃嘣试S多少墨水被印在織物上,總墨量控制是為了找到針對特定織物所能印制的最大墨量。RGB數碼印花機默認最大墨水總量為300%,由于不同織物吸墨量不同,就需要對不同打印織物做相對應的密度曲線和ICC特性文件來降低色差。

總墨量控制與單通道墨量控制類似,都是使用NeoStampa8 Calibration Wizard軟件自帶的色標如圖4所示。

圖4 總墨量色標Fig.4 Total ink color scale

大多數企業對于總墨量控制,還處于設備工程師目測打印總墨量色標中的各階梯打印色塊的邊緣滲化情況,以及是否出現打印紙張明顯的堆墨和滲墨的情況,轉印到織物上是否出現深色部分不清楚或者出現漸變情況,基本憑借著設備工程師的目測及主觀經驗來確定總墨量的數值。本實驗期望通過測色儀客觀測量K/S值來反映織物上所能印制的最大墨量,從而降低設備工程師主觀經驗帶來的誤差。因此,采用Datacolor500型測色配色軟件上測量各個不同階梯色塊的K/S值,為了保證測量數值的準確性,測量時將織物上每個色塊都折疊四次并測量色塊四處不同的點取平均值,測量結果如圖5所示。

圖5 RGB三色通道K/S值Fig.5 K/S values of the channels of the three colors of RGB

由圖5可知,紅色、綠色都隨著質量百分數增大K/S值也在不斷增加,最終紅色在質量百分數80%時趨向于飽和,其K/S值達到18.944;綠色在質量百分數91.67%時趨向于其飽和,K/S值達到19.104;藍色質量百分數在70%之前K/S值基本處于線性增長,質量百分數大于70%之后K/S值增長得較快,最終在質量百分數100%時K/S值達到最大為19.007?？偰繑抵颠x擇為各個通道墨量K/S值趨向于飽和所對應的質量百分數值相加,即總墨量數值設置為272,為企業節約了大約10%的墨量,降低了企業的打印成本,避免了企業不必要的墨水浪費。

2.1.3 密度曲線

通過以上實驗得出的針對此滌綸平紋機織物CMYK四色單通道墨量和RGB總墨量限制值,采用大部分企業常用RIP(Raster Image Processor)軟件NeoStampa 8,經過線性化之后RIP軟件生成的密度曲線如圖6所示。

圖6 CMYK四色密度曲線Fig.6 Density curves of the four colors of CMYK

由圖6可知,CMYK四色密度曲線基本呈線性且較為光滑,此外曲線上不存在明顯的拐點,可以判定生成的密度曲線是合格的,可以在之后的實驗中加以應用。

2.2 密度曲線模型對輪廓清晰度的影響

采用熱轉印的方法來轉印圖案,其中溫度設置為210 ℃、時間設置為35 s、壓力設置為0.4 MPa,經超景深三維顯微系統VHX-5000(放大倍數為30)拍攝的三種方法打印線條圖案,如圖7所示。

圖7 線條圖案Fig.7 Line patterns

圖8中的線寬數據為三種方法在超景深三維顯微系統VHX-5000(放大倍數為30)均勻找到30處測量線寬并求得平均值所得。由圖8可以看出,打印線寬大小為密度曲線法

圖8 線寬柱狀示意Fig.8 Line width histogram

表2 最大墨量法的真實線寬Tab.2 True line widths of the maximum inking method

表3 RIP法的真實線寬Tab.3 Real line widths of the RIP method

表4 密度曲線法的真實線寬Tab.4 True line widths of the density curve method

由表2、表3和表4可知,三種線寬變化率大小為密度曲線法

2.3 密度曲線模型對K/S值的影響

采用熱轉印的方法來轉印圖案,其中溫度設置為210 ℃、時間設置為35 s、壓力設置為0.4 MPa,用Datacolor500型測色配色儀器來測量轉印圖案的K/S值。為了保證測量數值的準確性,測量時將織物上每個色塊都折疊四次并測量色塊四處不同的點取平均值,測量結果如圖9所示。

圖9 自制CMYK四色質量百分數K/S值Fig.9 K/S values of the mass percent of self-made four colors of CMYK

由圖9可以看出,通過熱轉印的方法轉印在織物上的80個色塊,密度曲線法所打印的色塊K/S值全部高于最大墨量法,由此證明了密度曲線法的可行性。對于青色和品紅色密度曲線法所打印的色塊K/S值效果較大,而對于黃色和黑色密度曲線法相比于RIP法和最大墨量法的色塊K/S值只是略高一些,但是基本打印各質量百分數色塊K/S值最高的方法是密度曲線法。

2.4 密度曲線模型對色差產生的影響

打印的圖案選擇2018年美國權威色彩機構Pantone推出的紡織業聚酯纖維材質色卡(滌綸色卡),其中包括203種全新顏色。這款色卡專為服裝、布料與居家紡織品的設計師與調色師打造,采用低反光、低紋路的100%滌綸材質印制[9]。Pantone TSX滌綸色卡如圖10所示。

圖10 Pantone TSX滌綸色卡Fig.10 Pantone TSX polyester color card

RIP軟件的主要作用是將計算機中各種圖像、圖形和文字解釋成噴墨印花機能夠記錄的點陣信息,以此來控制印花機將圖像點陣信息記錄在織物上[10]。本文以藍樹莓色為例,測量數據如表5所示,整體色差情況如表6所示,在不同織物上的打印色差如表7所示。光源和觀察者角度選擇企業常用的D65/10°,其中標準樣和測試樣色塊都在標準燈箱D光源拍攝的所得。

表5 藍樹莓色色塊的Lab對照Tab.5 Lab comparison of blue raspberry color block

表6 與RIP法顏色色差對照Tab.6 Comparison of color difference with the Rip method

表7 不同織物色差對照Tab.7 Comparison of color difference with the Rip method

由表5可知,以企業常用RIP法打印Pantone TSX色卡當作標準樣,最大墨量法在打印藍樹莓色色塊時明度提高,較綠黃一些;密度曲線法在打印藍樹莓色色塊時明度略微提高,較紅一些。不管是從色塊圖案還是色差角度來看,密度曲線法都優于最大墨量法。由表6可知,最大墨量法打印Pantone TSX滌綸色卡得到的試樣與RIP法標準樣色塊的平均色差為2.96,色差的標準偏差為0.69;而密度曲線法打印Pantone TSX滌綸色卡得到的試樣與RIP法標準樣之間的平均色差降為1.68,降低了43.24%。最大墨量法是在100%墨量下打印色靶與原始色靶之間顏色建立關系,一方面由于墨量過大導致堆墨情況,色塊邊緣也出現串色情況影響測量結果;另一方面墨量過大會造成色塊整體偏深,ICC特性文件校準容易矯正過度造成淺色調色塊偏色嚴重。而密度曲線法打印色靶與原始色靶更為接近,生成的ICC特性文件也會更為準確。

由表7可知,由于面料結構的不同,不同面料能承受的最大墨量也不相同。在平紋機織物上的整體平均色差為1.68,相比于斜紋機織物上的打印色差4.26降低了60.56%。這是因為在做密度曲線和ICC特性文件時都選擇平紋機織物,如果打印的織物發生變化則需要重新做密度曲線和ICC特性文件,否則就會增加打印色差,因此需要保證面料的統一性。

2.5 ICC特性文件色域

ICC特性文件記錄了設備顏色空間與設備無關的顏色空間的顏色轉換方法,即設備顏色值與視覺顏色值的對應關系,是色彩管理的重要組成元素[11]。以密度曲線為基礎通過打印9.18RGB標準色靶生成的ICC色彩特性文件,其色域越大說明相關設備的顏色存儲量就越大。三種方法的ICC特性文件3D色域圖如圖12(a)所示,在L=50的情況下的2D(ab)色域圖如圖12(b)所示。

圖11 三種方法的ICC特性文件色域示意Fig.11 Color gamut diagram of ICC characteristic file of three methods

由圖11可知,三種方法的色域大小為密度曲線法>RIP法>最大墨量法。其中,最大墨量法的ICC特性文件色域在黃色調色域比其他兩種方法的色域更寬一些,但是在其他顏色調色域就小很多。密度曲線法的ICC特性文件的色域基本在各個顏色調都優于企業常用的RIP法,因此可以證明密度曲線法的可行性。

3 結 論

為了降低企業熱轉移印花的墨水成本和織物的印制色差,本文提出了密度曲線的方法,探討了密度曲線法、RIP法和最大墨量法對輪廓清晰度、K/S值、色差和ICC特性文件色域大小等方面的影響。

1) 線寬變化率:密度曲線法

2) 密度曲線法所打印的色塊K/S值全部高于最大墨量法,由此證明了密度曲線法的可行性。對于青色和品紅色密度曲線法所打印的色塊K/S值效果較大,而對于黃色和黑色密度曲線法相比于RIP法和最大墨量法的色塊K/S值只是略高一些,但是基本打印各質量百分數色塊K/S值最高的方法是密度曲線法。

3) 以企業常用RIP法打印Pantone TSX色卡當作標準樣,其中最大墨量法在打印藍樹莓色色塊時明度提高,較綠黃一些,密度曲線法在打印藍樹莓色色塊時明度略微提高,較紅一些。最大墨量法打印Pantone TSX滌綸色卡得到的試樣與RIP法標準樣色塊的平均色差為2.96,色差的標準偏差為0.69,而密度曲線法打印Pantone TSX滌綸色卡得到的試樣與RIP法標準樣之間的平均色差降為1.68,降低了43.24%。

4) 色域大小:密度曲線法>RIP法>最大墨量法。其中最大墨量法的ICC特性文件色域在黃色調色域比其他兩種方法的色域更寬一些,但是在其他顏色調色域就小很多。密度曲線法的ICC特性文件的色域基本在各個顏色調都優于企業常用的RIP法,因此可以證明密度曲線法的可行性。

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