1、数码喷印行业概况
(1)数码喷印技术简介
数码喷印技术是一项先进印刷技术,该技术集计算机、机电一体化、精密机械制造、精细化工等高新技术于一体,主要运用数字化原理和喷印技术,将各种经数字化手段制作处理的数字化图案输入计算机,通过计算机编辑处理,由控制系统控制数码喷头将各类专用数码喷印墨水喷印至基材,形成所需图案。
数码喷印技术是一种先进环保且发展迅速的数字化印刷技术,目前广泛应用于纺织印染、桌面办公、广告喷绘等行业,其中用于纺织印染领域的数码喷印墨水由于会直接与人体接触,所以对于产品的使用安全及环保指标要求更高,同时还需要产品具有更高的色彩准确度和耐水洗的特性,因此相比用于广告和桌面办公场景下的墨水产品,用于纺织服饰的数码墨水在材料配方、生产工艺等方面更加复杂,故纺织领域成为数码喷印墨水应用攻坚的“至高点”。
随着数码喷印技术的发展,数码喷印技术向工业化应用推广,大宽幅、高频率、高效率的特性在工业打印领域,在纺织数码领域得到良好的适用。
(2)数码喷墨印花与传统印花的区别
目前,纺织印花工艺主要包括传统丝网印花及数码喷墨印花。传统丝网印花工艺是通过孔板进行的,原理是利用网胶封住孔板多余的网纱区域,留出需要的图像或文字,通过一定的压力使墨水通过孔版的孔眼转移到承印材料上,形成图像或文字。
传统丝网印花目前已经形成了板式丝网印花、圆网印花、滚筒印花等多种细分工艺。数码喷墨印花是将图案通过扫描仪,把布样(设计图案)转化成数字形式输入到计算机,通过计算机印花分色描稿系统编辑处理,再由计算机控制微压电式喷墨嘴把专用墨水直接喷射到纺织品上,颜色混合后还原成原来的扫描图。
相比于传统丝网印花,数码喷墨印花由于计算机系统的使用,减少了制板成本,提高了打印精度,提升了印花的鲜艳度,最为重要的是,减少了生产过程中废水废墨的排放,更符合未来环保节能的趋势。
①在印花速度方面,目前数码喷墨印花速度尚无法完全达到传统印花水平,在单一品种、大批量的订单上,传统印花方式仍处于优势地位,但在多品种订单上,数码喷墨印花无需传统印刷制版等复杂工序,大大缩短了生产周期。此外,传统印花需要印前制版和停机更换印版,如果频繁换单,将降低了印花速度。而数码喷墨印花免去了印前制版和停机更换印版的过程,减少了设备的调试时间,加之数码印刷设备在电脑控制下可实现自动供墨、完成连续喷印,节约了时间、提高了效率。
②在印花成本方面,数码喷印设备及数码喷印墨水价格相比传统印刷方式更高。但对于多品种的生产需求,传统印花由于印刷特性,不管批量数量大小,都需要同样的时间与费用成本,故传统印花一般都有最少起印数量要求。相比之下,数码喷墨印花没有起印量,且无需制作印版,只需制图软件印前设计、电脑输出印花即完成自动印花过程,即喷印成本主要为墨水成本。2017-2020 年,数码喷墨印花的加工成本在不断下降,墨水的平均成本也处于下降趋势,尤其是数码热转移印花的综合成本正在接近传统印花平均成本
③在节能环保减排方面,数码喷墨印花在加工过程中对墨水的使用由计算机“按需分配”,可大幅度降低废墨的消耗;对比传统丝网印花,数码喷墨印花不用调制色浆,使用助剂量少,水洗环节少,用水量大大减少,在相同水洗废水量的情况下,数码喷墨印花废水的色度值也较低。与传统丝网印花相比,数码喷墨印花墨水用量节约 20%-40%、用水量节约 40%-60%、用电量节约 50%左右,且对环境的污染程度仅为传统丝网印花的 1/25,相同收益耗能仅为传统技术的 1/30,更加节能环保。
④在劳动用工成本方面,数码喷墨印花设备能够实现自动化的流程,尤其是转移印花设备,多台机器可被一个人操控,可大量减少了人力需求,降低了劳动力成本。
⑤在交货周期和加工灵活性方面,传统工艺打样时间为 1 周左右,而数码喷墨印花加工过程无需分色、制版等,打样时间一般不会超过 1 天,加工周期大大缩短。在加工灵活性上,数码喷墨印花生产加工过程全部实现数字化,生产批量不受限制,无需考虑传统工艺的起印批量问题,在目前主流数码扫描印花设备在生产 1 万米以下的订单时具备时间优势;另外,由于数字化技术的应用,对同一图案不同颜色的选择以及设计方案变动,均可做到随时修改调整。
⑥在印花精度、效果方面,数码喷墨印花没有传统工艺中“花回”长度和色泽套数的限制。数码印花技术采用数字图案,可以使用计算机结合印花设备、纺织品面料特征,有针对性地调整墨水 ICC 曲线来制定出墨方案,使数码喷墨印花不受图案、颜色的制约,且可将色彩展现力发挥到极致。印花精细程度与墨滴大小、喷头特性以及喷印速度有关,一般墨滴越小喷印精度越高。数码印花墨水中,色料颗粒为纳米级,喷头孔径为微米级,且数码喷印速度快;而传统工艺中的网版孔径一般为 100-200 目(毫米级)。
相比之下,数码印花精细度优势明显。而传统丝网印刷优势在于特殊印花浆料,如金色、银色、珠光色、裂纹效果、烫金植绒效果、绒面发泡效果等。另外,传统丝网印花可印刷 3D 立体效果,这些是当前数码印花难以实现的。
⑦在手感柔顺度上,传统涂料印花油墨中作为黏合剂的树脂质量分数较高,通常为 70%-80%,因此触摸该类纺织品的涂层感较强;而数码喷印墨水中,除涂料类墨水所含树脂为 10%左右外,其他类型墨水基本无树脂,印花轻薄、柔软、回粘性较好。另外,目前大型工业数码印花设备的喷印幅宽可达 3-4m,且可以不间断印花、长度不限,大大突破了传统工艺印制幅面的局限。
绿色可持续发展代表了当今时代科技革命和产业变革的方向,通过数字化技术赋能产业节能降耗、绿色低碳已成为纺织行业发展方向,未来几年数码喷墨印花占印花市场的比重将不断提高,国内外数码喷墨印花产业将有一个较大的发展。
但由于在印花速度、印花成本方面,传统印花仍具有优势,此外,若采用数码喷印技术,传统印花厂商需对现有生产设备进行更换,投资压力较大,且需对生产及技术人员重新培训,更换成本较高,故在未来较长一段时间内,数码喷墨印花将会与传统印花工艺长期并存、优势互补。
2、行业发展状况
(1)数码喷墨印花行业发展状况
目前数码喷墨印花主要包括两种工艺,即数码热转移印花和数码直喷印花,基本情况如下:
数码热转移印花:数码热转移印花即利用分散染料在特定温度下升华的特性,用分散墨水把图案打印到转印纸张上烘干,将打印好的印花纸覆盖于待印的布料上,进入热转移印花机,加热加压,使图案通过热升华效应气化并转移到布料上,无需后道固色处理。
数码热转移印花工艺具有色彩艳丽、图案锐利的特点,且印花完成后无需蒸化、水洗等工序,工艺简捷环保,目前在市场上所占份额较大;由于数码热转移印花温度较高达到 200 摄氏度,部分面料由于高温产生硬化手感较差。
数码直喷印花:数码直喷印花即通过高分辨率扫描仪或数码照相机等手段,得到高于300DPI精度的数码图片,把需要印花的图片以数字形式导入印花处理软件系统,经过编辑处理后软件控制数码打印机把印花染料直接喷印到布料上,最后进行固色。
由于数码染料的墨水颗粒达到纳米级,可以渗透进面料的空隙中,形成的印花图案既有牢度,面料发色温度在 100-150 摄氏度之间,所以不改变布料本身的柔软和舒适的特性。
数码热转移印花技术已相对成熟,且因工艺流程短、设备价格低、对场地要求不高等原因,已成为众多企业尤其是中小企业的投资选择。近些年数码热转移印花市场发展迅速,竞争也相对激烈。而数码直喷印花技术含量较高,工艺流程长,设备价格较高,有条件进行全工艺流程生产的企业以传统印染企业为主,这些企业具有与数码直喷印花工艺相配套的前后处理工艺和设备以及废水排放条件。近年来,一些传统印染企业逐渐加入数码直喷印花的生产队伍中,加快了该领域的发展。但相较数码热转移印花而言,从事数码直喷印花的企业仍较少。
①全球数码喷墨印花行业发展
数码喷印技术是一种基于液体从微小流体分裂成液滴原理的应用技术,在具体实践中,由计算机指令将细微的墨滴导向承印材料的一定部位,使之产生可视文字或图像。1878 年,瑞利描述的单束流体分离成液滴的机理为数码喷印技术的发展奠定了理论基础。西门子公司的研究人员对喷墨墨滴的形成原理和喷射形态进行持续研究,于 1951 年制造出了全世界第一台用于记录模拟电压信号的喷墨记录仪。
1967 年,斯坦福大学的斯威特和卡明申请了二位连续喷墨系列设备的专利,A.B.Dick 公司利用两人的发明生产了 Videojet9600 喷墨设备,系数码喷墨打印机的原型。1976 年,IBM4640 的诞生标志着世界上第一台喷墨打印机进入商业化步伐,自此之后,数码喷印技术在桌面办公领域开始快速发展,数码喷墨打印机成为办公应用中的重要设备。
随着数码喷印技术的不断发展,技术人员逐渐将其应用拓展至纺织领域。21世纪初,欧美日等传统印花机生产商开始重视专业纺织品数码印花机的研发,并陆续推出了第一代适用于工业化生产的高速数码印花机,像美国杜邦公司的Artistri,荷兰 Stroke 公司的 Amethyst,意大利 Reggiani 公司的 Dream,日本ICHINOSE 东伸的 2020 等机型,均是专门为纺织品印花而设计制造的机型,这些专业的纺织品数码印花机无论在性能和速度上已经完全超越了由广告喷绘机改装的小型数码喷墨印花机,数码喷墨印花设备开始高速发展。
随着数码喷墨印花技术的不断进步以及品质化、差异化消费需求不断释放,数码喷墨印花设备将步入更新换代的高峰期。数码喷墨印花技术的不断进步及数码喷墨印花设备的高速发展也促进了数码喷墨印花市场的进一步发展。
目前,欧洲的数码印花渗透率最高,主要系高人力成本、环保意识较强等因素。欧洲的数码喷墨印花始终走在全球数码喷墨印花产业的前列,是数码喷墨印花产品的最大需求与生产地,已从过去以设计打样为主的模式转向小批量生产模式,并逐步向批量生产发展。
目前,欧洲印花业已有 90%以上企业采用数码喷墨印花打样,数码喷墨印花产品产量已占其整个印花产品产量的 25%以上。亚太地区的印花体量最大,约占全球印花总量的 70%以上,亚太地区将成为全球数码印花最为重要的市场,未来亚太地区增长空间最大。
以中国、韩国和日本为代表的东亚地区,数码喷墨印花产量占比约为 10%-11%;东南亚地区数码喷墨印花占比约为 3%-4%,南亚地区数码喷墨印花占比约为 3%-4%,其中巴基斯坦表现突出,数码喷墨印花占比达 15%-18%。巴基斯坦是全球第三大棉花消费国、第四大棉花生产国、第四大纺织品生产国,纺织业是巴基斯坦最重要的支柱产业和最大的出口行业,从业人数约 1500 万,占制造业劳动力人口的 40%。
全球纺织数码喷印行业正处于快速发展阶段,意大利、美国和日本等地区起步较早、技术成熟,市场稳定。数码喷印技术最早起源于欧洲,2011 年巴塞罗那ITMA 展会以后,这一技术彻底在纺织行业掀起颠覆性革命。欧洲设备制造商长期占据市场主流、引导行业技术发展,2017 年之前欧洲的纺织数码印花产量一直位居全球第一。但在 2018 年以后,亚洲地区产量迅速提升,并在当年实现对欧洲的超越,这一趋势还在加速。
根据 WTiN 的统计数据,2020 年全球前 6 大纺织数码印花布产地为中国、印度、意大利、土耳其、美国和巴基斯坦,合计产量占比达 57%。中国为全球数码印花布第一大产地,产量占比超过 19%。亚洲地区产量占全球比重不断扩大,2020 年较 2019 年大幅提升近 6 个百分点、达 47%。2020 年亚洲地区产量占比高于欧洲地区近 16 个百分点,而在 2018 年,领先仅 4个百分点。
②中国数码喷墨印花行业发展
数码喷墨印花行业在中国的发展时间也超过了 20 年历史,上世纪 90 年代,陆续有行业人士对数码印花工艺及设备进行研发。2000 年,宏华数科推出了中国第一台数码印花机。近年来,随着数码喷印技术的发展以及市场需求的不断增多,数码喷印设备的精度、产量、稳定性、便捷性、节能性及适用的范围在不断地优化升级,正逐渐取代传统的印花设备。
根据中国印染行业协会发布的《2022 中国纺织品数码喷墨印花发展报告》,2015 年至 2021 年,中国数码喷墨印花设备保有量从 11,200 台增至 41,900 台,年复合增长率达到 24.59%。2015 年至 2021 年,中国数码喷墨印花设备装机量从5,300 台增长至 11,800 台,年复合增速为 14.27%。同时中国数码喷墨印花设备的高速发展也促进了中国纺织品数码印花产量的进一步增长。