KR20190042099A - 직물에 직접 프린팅하는 방법 및 시스템 - Google Patents

직물에 직접 프린팅하는 방법 및 시스템 Download PDF

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스티븐 글렌 베드포드
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Abstract

직물에 직접 프린팅하는 시스템(direct-to-textile printing system)으로 직물 상에 UV-경화성 잉크를 디지털 프린팅하기 위한 방법은, 상기 직물을 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템 내에 위치시키는 단계, 디지털 디자인 파일에 따라 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템으로 상기 직물에 상기 UV-경화성 잉크를 도포하는 단계, 및 UV 광으로 상기 직물에 도포된 상기 UV-경화성 잉크를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

직물에 직접 프린팅하는 방법 및 시스템
본 발명은 의류 및/또는 직물 프린팅과 같은 디지털 직물 프린팅의 기술 분야에 관한 것이며, 특히 UV-경화성 잉크를 사용하는 직접적인 의류 및/또는 직물에 직접 프린팅하는 것과 같은 직물에 직접 프린팅하는 것에 관한 것이다.
의류들 및 섬유과 같은 직물들 상에 그래픽 디자인들 및 기타 장식적인 특징들을 디지털 방식으로 프린팅하는 것은 매우 일반적이며, 별도의 전사 공정없이 의류의 섬유 상에 직접 이러한 특징들을 프린팅하는 기계들 및 공정들이 개발되었다. 이러한 기계들 및 공정들은 특수 잉크젯 기술을 사용하며, 프린팅되는 중인 의류 및 특수 의류에 직접 도포되고 의류 섬유의 섬유질들에 의해 흡수되는 특수 잉크젯 섬유 잉크와 관련하여 프린트 헤드를 배치하는 시스템을 포함한다. 사용되는 잉크젯 직물 잉크는 일반적으로, 의류 상에 분무되고, 의류 섬유에 의해 적어도 부분적으로 흡수되며, 열 압착 공정으로 최종적으로 의류 섬유에 접착되는 수성 잉크이다.
현재 직물에 직접 프린팅하는 공정들은 의류의 특별한 처리를 필요로 하지 않으면서, 밝은 색 면직물 의류들 상에 디자인들을 프린팅하는 데 사용될 수 있다. 그러나 중간색 및 짙은 색의 면직물 의류들 또는 합성 섬유 또는 혼합된 직물로 이루어진 임의의 색상의 의류 상에 프린팅하는 경우, 의류 상으로의 프린팅은 도포된 잉크가 보다 잘 수용될 수 있도록 직물에 화학 작용제를 도포하는 것으로 구성되는 의류의 화학적 전처리가 수행될 때만 효과적이다. 또한, 밝은 색의 면직물 의류들 상의 프린팅의 경우에도, 프린팅하기 전에 의류를 전처리하면, 일반적으로 더 큰 색상 강도를 얻을 수 있다. 의류 전처리는 직물에 직접 프린팅하는 공정에 추가 시간과 비용을 추가하며, 별도의 기계 또는 수작업으로 도포되는 추가 화학 물질의 사용을 포함한다. 특히 합성 및 혼합 섬유들에 대한 화학적 전처리를 필요로 하지 않으면서 의류들 및/또는 섬유에 직물에 직접 프린팅하는 것을 달성하는 것이 당 업계에서 유익할 것이다.
직물에 직접 프린팅하는 시스템(direct-to-textile printing system)으로 직물 상에 UV-경화성 잉크를 디지털 프린팅하기 위한 방법은 상기 직물을 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템 내에 위치시키는 단계, 디지털 디자인 파일에 따라 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템으로 상기 직물에 상기 UV-경화성 잉크를 도포하는 단계, 및 UV 광으로 상기 직물에 도포된 상기 UV-경화성 잉크를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함한다.
직물에 직접 프린팅하는 시스템은, 직물을 수용하고 지지하도록 구성된 지지 매체(support media), 디지털 디자인 파일에 따라 UV-경화성 잉크를 상기 직물에 도포하도록 구성된 적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드를 갖는 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리, 및 상기 UV-경화성 잉크가 상기 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리에 의해 상기 직물에 도포된 후에 상기 직물에 UV 광을 인가하여 상기 직물에 도포된 상기 UV-경화성 잉크를 적어도 부분적으로 경화시키도록 구성된 적어도 하나의 UV 광원을 포함한다. 상기 지지 매체 및 상기 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리 중 적어도 하나는 서로에 대해 이동가능하다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정의 흐름도이다.
도 1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 예시적인 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정의 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정을 수행하는데 사용될 수 있는 예시적인 프린팅 기계의 예시들이다.
도 4a는 고정형 또는 스캐닝형 프린트 헤드 및 UV 광원으로 단일 통과 작동을 위해 구성된 롤-투-롤 프린팅 기계에서의 프린트 헤드 서브어셈블리 구성의 다이어그램이다.
도 4b는 복수의 고정형 또는 스캐닝형 프린트 헤드들 및 UV 광원들로 단일 통과 작동을 위해 구성된 롤-투-롤 프린팅 기계에서의 프린트 헤드 서브어셈블리 구성의 다이어그램이다.
도 5는 본 명세서에서 기술된 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정으로 프린트된 셔츠를 도시하는 사진이다.
본 명세서에서, 용어들 "직물(textile)", "의류" 및 "섬유" (다른 것들 중에서)이 사용된다. "직물"이란 용어는 의류 또는 기타 완성된/짜맞춰진 제품의 형태, 또는 물질의 미완성 조각 형태의 천연 또는 합성 물질들로 이루어진 직물 또는 직조된 섬유 조각 또는 이들의 혼합물들을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 사용된 "직물"은 완성된/짜맞춰진 의류 또는 다른 제품, 또는 완성/짜맞춰지지 않은 섬유의 조각을 지칭할 수 있다.
수성 잉크가 아닌 UV-경화성 잉크를 사용하는 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정(direct-to-textile digital printing process)이 개시되어 있다. 상기 공정은 프린팅하기 전에 섬유를 전처리할 필요가 없다. 이러한 설명을 통해, 임의의 직물에 대한 직접 프린팅에 대한 논의는 임의의 섬유 구성으로의 직접 프린팅에 적용가능하며, 의류들은 직물에 직접 프린팅하기위한 용도의 특히 보편적인 예임을 이해해야 한다.
오늘날의 수성 잉크들을 사용하는, 의류와 같은 섬유 상으로 직접 디자인을 프린팅하는 공정들은 프린팅될 섬유에 따라 다르다. 일반적으로, 백색 또는 밝은 색의 면직물 또는 면직물 혼방 소재로 이루어진 섬유에 직접 수성 잉크로 디자인을 프린팅할 수 있다. 그러나 면직물 또는 면직물 혼방 소재로 이루어진 중간 색부터 짙은 색의 의류들 상에 프린팅하려면 화학적인 전처리와 열 압착, 그 다음, 직물 상에 디자인을 프린팅한 다음, 또 다른 열 압착이 필요하다. 또한, 섬유를 오염시키지 않으면서 섬유의 전처리를 위해 화학적 작용제를 도포하는 것은 어려우며, 이는 프린팅 후에 추가 세척 단계를 필요로 한다. 또한, 합성 또는 폴리에스테르 섬유 상에 디지털 프린팅을 하는 경우, 화학적 전처리가 필요하고, 열 압착, 의류 상으로의 디자인 프린팅, 그 다음 또 다른 열 프레스가 필요하다. 화학적 전처리의 결과로서 오염(staining)은 이러한 유형의 섬유들로는 피하는 것이 훨씬 더 어려우며, 이러한 모든 단계들을 거치더라도, 상기 관련된 색상들에 관계없이 효과적으로 프린팅할 수 없는 일부 합성 섬유들이 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정의 흐름도이다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 공정은 하나 이상의 이동가능한 프린트 헤드들을 갖는 플랫베드(flatbed) 프린팅 기계로 수행될 수 있다. 도시된 공정에서, 먼저, 단계(10A)에서, 디지털 디자인 파일이 로딩되거나 수신된다(예를 들어, 직물에 직접 프린팅하는 프린터 또는 프린팅 제어 시스템에 의해). 이러한 디자인 파일은, 예를 들어 상기 디자인 파일 정보를 수신하고 상기 직물에 직접 프린팅하는 프린팅 시스템의 위치설정 시스템(들)을 구동하여 상기 프린팅 공정 전반에 걸쳐 상기 직물 및 상기 프린트 헤드(들)의 상대 위치들을 제어하는 프린트 엔진 인터페이스 보드 펌웨어 알고리즘을 통해, 직물에 직접 프린팅하는 동작을 제어하는 데 사용되는, 직물 상에 프린팅될 디자인(예를 들어 로고 또는 아트워크(artwork))에 관한 정보를 제공한다. 다음으로, 단계(11A)에서, 프린팅될 직물이 (예를 들어, 직물에 직접 프린팅하는 프린터의 플랫베드 표면 상에) 배치되며, 프린팅 이전에 섬유에 선택적으로 열이 가해진다. 단계들(10A 및 11A)의 상대적인 타이밍 및 순서는 이러한 단계들 모두가 직물의 실제 프린팅을 위한 준비이기 때문에 중요하지 않음에 유의해야 한다. 그 다음, 직물은 단계(12A)에서, 예를 들어 스프레이 보틀(spray bottle)로, 또는 기계화된 공정에 의해, 프린팅 전에 선택사양적으로 물로 분무된다. 일부 실시예들에서, 직물은 100 % 증류수가 분무될 수 있다. 다른 실시예들에서, 일정 량의 계면 활성제(예를 들어, 예시적인 실시예에서 약 1%)가 직물 상에 분무되는 물에 첨가될 수 있다. 또한 평평한 단단한 제품을 섬유의 상단에 놓아 섬유질들을 평평하게 하고, 심지어 프린팅될 영역을 가로지르는 수층의 분포를 고르게 할 수 있다. 이러한 선택사양적 단계는 화학적 전처리제 대신에 물을 사용하기 때문에, 프린팅 전에 얼룩이 생기거나 열 압착이 요구될 위험없이 그러한 소재들 상에 프린팅될 색상들의 외관을 향상시켜 짙은 색들을 프린팅할 때 특히 유용하다. 밝은 색 또는 중간 색의 섬유들의 경우, 섬유를 물로 분무하는 선택사양적인 단계(12A)는 일반적으로 생략될 수 있다. 직물들 상에 물을 분무한 후에, 단계(13A)에 도시된 바와 같이, 프린팅이 시작되기 전에 직물은 선택사양적으로 가볍게 가압되거나 또 다른 소스에 의해 건조되어 그의 상단 표면을 건조시킬 수 있다.
다음으로, 단계(14A)에서, 디지털 디자인 파일에 의해 지시된 원하는 디자인에 따라, UV-경화성 잉크가 직물에 도포되며, 단계(16A)에서, 일 실시예에서의 LED 램프와 같은 UV 광의 적용에 의해, 또는 다른 실시예들에서는 또 다른 유형의 광/에너지원에 의해 UV-경화성 잉크가 경화된다. 일부 실시예들에서, 단계(14A)에서 UV-경화성 잉크를 도포하고 단계(16A)에서 UV 광으로 잉크를 경화하는 것은, 하나 이상의 잉크젯 프린트 헤드를 포함하는 하나 이상의 프린트 헤드 서브어셈블리 및 상기 서브어셈블리에 의해 운반되는 (LED 램프(들) 또는 또 다른 광/에너지원과 같은) 하나 이상의 UV 광원의 하나 이상의 통과에서 수행될 수 있으며, 이로써 프린팅된 잉크가 직물에 도포된 직후에 경화된다. 다른 실시예들에서, UV-경화성 잉크의 경화가 잉크의 점착성 및/또는 다른 유동학적(rheological) 특성들이 변형되어 직물에 대한 잉크의 양호한 접착이 발생할 수 있을 정도로 충분한 시간 내에 발생하는 한, 별도의 구조체들이 이러한 두 단계들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 또한, UV-경화성 잉크의 도포는 색상들을 보다 선명하게 하기 위해, CMYK 색상의 잉크 및/또는 투명 잉크를 (특히 중간색부터 어두운 색의 섬유들에 대해) 도포하기 전에 백색 잉크를 초기에 도포하는 것을 포함할 수 있다.
UV-경화성 잉크의 프린팅 및 경화 후, 직물은 단계(17A)에서 선택사양적으로 건조될 수 있다. 예를 들어, 건조는 건조 스테이션 또는 건조 터널에서 수행될 수 있다. 열은 단계(18A)에서 섬유에 선택사양적으로 인가될 수 있다. 열은 예를 들어 열 압착 또는 가열된 롤러들로, 압력과 함께 적용될 수 있으며, 또는 예를 들어 열 터널, 추가 광 및/또는 열원을 통해 압력의 인가없이 적용될 수 있으며, 또는 직물 상의 UV-경화성 잉크를 경화시키는 데 사용되는 동일한 UV 광원(들)으로부터의 열에 의해서조차도 적용될 수 있다. 하나의 특정 예에서, 열 압착은 약 250℉(121℃)에서 약 30초동안 수행될 수 있다. 가열 단계는 UV 광 및 열 모두에 의해 경화가능한 특정한 UV-경화성 잉크들에 대해, UV-경화성 잉크의 모든 단량체들이 완전히 경화되도록 더욱 보장할 수 있다. 이러한 공정에 적합한 예시적인 잉크는 미국 코네티컷주 로키 힐(Rocky Hill) 소재의 Direct Color Systems로부터 입수가능한 MultisolveTM 시리즈 UV 잉크이다. 또한, 물이 직물 상에 분무되는 실시예들(선택사양적인 단계(12A))에서, 이러한 가열 단계는 잔류하는 물을 증발시킬 것이다. 마지막으로, 단계(20A)에서, 프린팅된 직물이 제거되거나 재배치된다. 예를 들어, 이러한 단계는 직물에 직접 프린팅하는 프린터로부터 프린팅된 직물을 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 프린팅된 직물은 임의의 종류의 추가 프로세싱을 위해 재배치될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 전술된 프린팅 공정은 약 70초동안 9인치× 9인치(22.8cmХ22.8cm)의 풀 컬러 로고를 프린트하도록 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, UV 광으로 UV-경화성 잉크를 경화시키는 단계(16A) 및 직물을 가열 압착하는 단계(18A)는 단계(16A)에서 직물에 도포된 UV-경화성 잉크가 부분적으로만 경화되고, 열처리(완전한 경화를 촉진하기 위해 UV 광의 인가를 더 포함할 수 있음)에 의해 단계(18A)에서 UV-경화성 잉크의 완전 경화가 완료되도록 구성되고 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, UV 광으로 UV-경화성 잉크를 경화시키는 단계(16A)는 직물에 도포된 UV-경화성 잉크의 완전한 경화를 달성하도록 구성되고 제어될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 예시적인 직물에 직접 프린팅하는 디지털 프린팅 공정의 흐름도이다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 공정은 하나 이상의 프린트 헤드에 대하여 프린팅될 직물을 이동시키는 롤-투-롤(roll-to-roll) 시스템에서 수행될 수 있다. 롤-투-롤 시스템은, 일부 실시예들에서는, 더 큰 어셈블리 라인/프로세싱 시스템의 일부일 수도 있다. 도시된 공정에서, 먼저, 단계(10B)에서, (예를 들어, 직접 프린팅하는 프린터 또는 프린팅 제어 시스템에 의해) 디지털 디자인 파일이 로딩되거나 수신된다. 이러한 디자인 파일은, 예를 들어 상기 디자인 파일 정보를 수신하고 상기 직물에 직접 프린팅하는 프린팅 시스템의 위치설정 시스템(들)을 구동하여 상기 프린팅 공정 전반에 걸쳐 상기 직물 및 상기 프린트 헤드(들)의 상대 위치들을 제어하는 프린트 엔진 인터페이스 보드 펌웨어 알고리즘을 통해, 직물에 직접 프린팅하는 동작을 제어하는 데 사용되는, 직물 상에 프린팅될 디자인(예를 들어 로고 또는 아트워크(artwork))에 관한 정보를 제공한다. 다음으로, 단계(11B)에서, 프린팅될 직물이 롤-투-롤 매체/지지체 상에 배치되며, 이로써 상기 직물은 하나 이상의 프린트 헤드들 하에서 롤-투-롤 프린팅 공정을 통해 전진하도록 배치된다. 단계들(10A 및 11B)의 상대적인 타이밍 및 순서는 이러한 단계들 모두가 직물의 실제 프린팅을 위한 준비이기 때문에 중요하지 않음에 유의해야 한다. 일부 실시예들에서, 직물은 선택사양적으로 가열될 수 있으며/있거나 도 1a의 단계(12A)에서 기술된 바와 같이, 예를 들어 스프레이 보틀 또는 기계화된 공정으로 프린팅 전에 물-함유 액체가 선택사양적으로 분무될 수 있으나, 간략화 및 명료성을 위해 이러한 단계는 도 1b에 도시되지 않았다.
다음으로, 단계(14B)에서, 직물은 디지털 디자인 파일에 의해 지시된 원하는 디자인에 따라, UV-경화성 잉크가 직물에 도포되는 하나 이상의 프린트 헤드 서브어셈블리들 하에서 전진되며, UV-경화성 잉크는 일 실시예에서는 예를 들어 LED 램프에 의한 UV 광의 인가에 의해, 또는 다른 실시예들에서는 또 다른 유형의 광/에너지원에 의해 경화된다. 일부 실시예들에서, 단계(14A)에서 UV-경화성 잉크를 도포하고 단계(16A)에서 UV 광으로 잉크를 경화하는 것은, 하나 이상의 잉크젯 프린트 헤드를 포함하는 하나 이상의 프린트 헤드 서브어셈블리 및 상기 서브어셈블리에 의해 운반되는 (LED 램프(들) 또는 또 다른 광/에너지원과 같은) 하나 이상의 UV 광원의 하나 이상의 통과에서 수행될 수 있으며, 이로써 프린팅된 잉크가 직물에 도포된 직후에 경화된다. 다른 실시예들에서, UV-경화성 잉크의 경화가 잉크의 점착성 및/또는 다른 유동학적(rheological) 특성들이 변형되어 직물에 대한 잉크의 양호한 접착이 발생할 수 있을 정도로 충분한 시간 내에 발생하는 한, 별도의 구조체들이 이러한 두 단계들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 또한, UV-경화성 잉크의 도포는 색상들을 보다 선명하게 하기 위해, CMYK 색상의 잉크 및/또는 투명 잉크를 (특히 중간색부터 어두운 색의 섬유들에 대해) 도포하기 전에 백색 잉크를 초기에 도포하는 것을 포함할 수 있다.
UV-경화성 잉크의 프린팅 및 경화 후, (이러한 단계는 간략화 및 명료성을 위해 도 1b에 도시되지는 않았으나, 일반적으로 도 1a의 단계(17A)에서 일반적으로 기재되는 바와 같이) 직물은 선택사양적으로 건조될 수 있다. 또한, 단계(18B)에서 직물에 선택사양적으로 열이 인가될 수 있다. 열은 예를 들어 열 압착 또는 가열된 롤러들로, 압력과 함께 적용될 수 있으며, 또는 예를 들어 열 터널, 추가 광 및/또는 열원을 통해 압력의 인가없이 적용될 수 있으며, 또는 직물 상의 UV-경화성 잉크를 경화시키는 데 사용되는 동일한 UV 광원(들)으로부터의 열에 의해서조차도 적용될 수 있다. 하나의 특정 예에서, 열 압착은 약 250℉(121℃?)에서 약 30초동안 수행될 수 있다. 가열 단계는 UV 광 및 열 모두에 의해 경화가능한 특정한 UV-경화성 잉크들에 대해, UV-경화성 잉크의 모든 단량체들이 완전히 경화되도록 더욱 보장할 수 있다. 그 다음, 직물의 기계적 프로세싱이 선택사양적으로 단계(19B)에서 수행될 수 있다. 이는 (예를 들어, 의류를 기계적으로 프로세싱하기 위해) 직물을 자르거나 찢는 단계, 직물 상의 압력을 제어하기 위해 테이크-업 롤(take-up roll)을 인장하는 단계, 다른 기계적 프로세싱 단계들을 수반할 수 있다. 이러한 단계는 특히 직물에 직접 프린팅하는 시스템이 대형 직물 어셈블리 공정의 한 단계 또는 스테이션인 어셈블리 라인/프로세싱 시스템에 적용가능하다. 마지막으로, 단계(20B)에서, 프린팅된 직물이 제거되거나 재배치/전진된다. 예를 들어, 이는 롤-투-롤 매체/지지체로부터 프린팅된 직물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 프린팅된 직물은 임의의 종류의 추가 프로세싱을 위해 롤-투-롤 시스템 상에서 재배치되거나 전진될 수 있다.
일부 실시예들에서, UV 광으로 UV-경화성 잉크를 경화시키는 단계(16A) 및 직물을 가열 압착하는 단계(18A)는 단계(16A)에서 직물에 도포된 UV-경화성 잉크가 부분적으로만 경화되고, 열처리(완전한 경화를 촉진하기 위해 UV 광의 인가를 더 포함할 수 있음)에 의해 단계(18A)에서 UV-경화성 잉크의 완전 경화가 완료되도록 구성되고 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, UV 광으로 UV-경화성 잉크를 경화시키는 단계(16A)는 직물에 도포된 UV-경화성 잉크의 완전한 경화를 달성하도록 구성되고 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, UV-경화성 잉크를 UV 광으로 경화시키는 단계(14B) 및 직물에 열을 가하는 단계(18B)는 단계(14B)에서 직물에 도포된 UV-경화성 잉크가 부분적으로만 경화되고, 단계(18B)에서 열처리(완전한 경화를 촉진하기 위해 UV 광의 인가를 더 포함할 수 있음)에 의해 UV-경화성 잉크의 완전 경화가 완료되도록 구성되고 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단계(14B)에서 UV 광으로 UV-경화성 잉크를 경화시키는 것은 직물에 도포된 UV-경화성 잉크의 완전한 경화를 달성하도록 구성되고 제어될 수 있다.
전술된 공정(예를 들어, 도 1a에 기술된 공정)을 수행하는 데 사용될 수 있는 예시적인 프린팅 기계는 코네티컷 주 록키 힐(Rocky Hill)의 Direct Color Systems 사의 7200z Edition 프린터를 포함할 수 있으며, 이러한 프린팅 기계의 예는 도 2에 기재되어 있다. 구체적으로, 도 2는 프린팅될 직물을 수용하기 위한 플랫베드 테이블(flatbed table)(22) 및 프린트 방향에 수직인 테이블(22)의 이동을 허용하도록 구성된 레일들(24)을 포함하는 디지털 프린팅 기계(21)를 도시한다. 또한, 프린팅 기계(21)는 잉크젯 노즐들(27) 및 UV 광원(28)을 구비하는, 프린팅 방향을 따라 좌우로 스캐닝할 수 있는 프린트 헤드 서브어셈블리(26)를 포함한다.
도 3은 전술된 공정(예를 들어, 도 1b에 기재된 공정)을 수행하는 데 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 프린팅 기계를 도시한다. 구체적으로, 도 3은 프린팅될 직물을 지지하고 전진시키기 위한 롤-투-롤(roll-to-roll) 매체(32) 및 화살표(A)의 방향으로 매체(32)를 전진시도록 동작가능한 매체 롤러(34) 및 테이크업 롤러(takeup roller)(35)를 포함하는 디지털 프린팅 기계(31)를 도시한다. 또한, 프린팅 기계(31)는 프린팅 방향을 따라 좌우로 스캐닝할 수 있는, 잉크젯 노즐들(37) 및 UV 광원(38)을 갖는 프린트 헤드 서브어셈블리(36)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 프린트 헤드 서브어셈블리(36)는 롤-투-롤 매체(32) 상의 프린팅 영역의 전체 폭을 커버하는 잉크젯 노즐들(37) 및 UV 광원(들)(38)을 포함하여 프린트 헤드 서브어셈블리(36)가 고정될 수 있다.
프린팅 기계(21)(도 2)와 프린팅 기계(31)(도 3) 모두에서, 다양한 실시예들에서, 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)는, 단일 프린트 헤드 또는 프린트 헤드(들)에 의해 운반되는 복수의 잉크젯 노즐들(27/37)과 함께 결합된 복수 개의 프린트 헤드들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서 하나 이상의 LED 램프일 수 있거나 다른 실시예들에서 다른 유형의 광/에너지원일 수 있는 UV 광원(28/38)은 UV 광원(28/38)으로부터 프린트 방향으로 위치된 프린트 헤드 서브어셈블리의 잉크젯 노즐들로부터 분배된 UV-경화성 잉크를 경화시키는 데 사용된다. 하나의 특정 예에서, 6W/cm2의 조사도(irradiance)를 갖는 395nm 파장의 광을 방출하는 LED 램프 어셈블리가 사용된다. UV 광원(28/38)에 대한 다른 파라미터들 또는 램프들은 다른 실시예들 및 특정 용도들을 위해 선택될 수 있다.
잉크젯 노즐들(27/37)은 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)의 대략 전체 폭에 걸쳐 연장될 수 있다. 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)는 다양한 실시예들에서 많은 수의 잉크젯 노즐들 및 단일 프린트 헤드 또는 복수의 프린트 헤드들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택사양적인 반사기들(reflectors)이 UV 광원(28/38)에 의해 생성된 UV 광을 잉크젯 노즐들(27/37)에 의해 분배된 경화될 잉크의 집중된 영역 상에 집속시키는 데 사용될 수 있다.
프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)의 잉크젯 노즐들(27/37)은, 일부 실시예들에서 마이크로 피에조 디스펜서들, 열 잉크젯(thermal inkjet, TIJ) 디스펜서들, 또는 기타와 같은 압전(piezoelectric) 디스펜서와 같은 디지털 잉크 디스펜서들일 수 있다. 피에조 기술은 크리스탈들과 세라믹들과 같은 물질들("압전 물질들"이라고도 함)이 그들에게 전하가 인가될 때 굽힘, 진동 또는 팽창에 의해 물리적으로 반응하는 압전(piezoelectricity) 현상을 기반으로 한다. 압전 프린트 헤드들은 프린팅 노즐들 뒤에 설치된 작은 압전 액추에이터들을 갖는 것을 특징으로 한다. 전하가 그들에게 인가되면, 압전 소자들은 뒤로 굽혀져 잉크 챔버로부터 소성 챔버로 정확한 양의 잉크를 뽑아낸다. 전기 펄스가 반전되면, 압전 소자들은 반대 방향으로 매우 빠르게 구부러지며, 노즐들로부터 잉크를 고속으로 추진시킨다. 피에조 기술은 프린트 헤드들의 압전 액추에이터들에 인가되는 전하의 미세한 변화들을 제어하여 최대 5가지 크기들의 잉크 방울들을 정밀하게 분사할 수 있다.
정합 재현성(registration repeatability) 제어를 포함하여, 디지털 프린팅 작업에 필요한 UV 경화 공정 및 기타 다양한 제어 기능들이 제어될 수 있다. 예를 들어, 프린트 엔진 제어 시스템은 표준 사진 품질 프린터 제어 시스템 및 360 DPI 내지 5760 DPI 범위의 해상도들을 지원하는 구성요소들로 구성될 수 있다. 프린팅 기계(21/31)는 다양한 실시예들에서 프린팅되고 있는 의류들 상에 단일 층 또는 복수 층들의 잉크를 분배할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들과 같은 일부 실시예들에서, 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)는 "인라인(inline)" 프린트하도록 구성될 수 있다. 인라인 프린팅은 프린트 방향에서 가장 멀리 배열된 잉크젯 노즐들로부터 기본 색상 층을 먼저 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다. 다음의 방향(프린트 방향과 반대 방향)에서 더 후방에 배열된 잉크젯 노즐들의 제 2 세트는 UV-경화성 잉크의 또 다른 색상 층을 기본 색상 층 상에 프린트할 수 있다. 그 다음, 분배된 잉크 모두는 UV 광원(28/38)이 방금 프린팅된 영역들을 통과함에 따라 경화될 수 있다. 이러한 공정은 한 번의 통과에 완료될 수 있다. 추가 색상들 또는 특징들을 추가하기 위해 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)의 제 2 통과 또는 심지어 추가 통과들이 사용될 수 있다.
프린팅 기계들(21 및 31)에서, 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36)는 프린팅 기계(21/31)의 나머지 부분들에 대해, 테이블(22)/매체(32)로부터 떨어져서, 그리고 테이블(22)/매체(32)를 가로질러(즉, 프린트 방향으로) 이동가능하다. 테이블(22)/매체(32) 및 프린트 헤드 서브어셈블리(26/36) 모두가 프린팅 기계(21/31)의 나머지 부분들에 대해 이동가능하기 때문에, 프린팅 기계(21/31)는 테이블(22)의 위치를 수정하고 매체(32)를 전진시키며, 또한 테이블(22)로부터 프린트 헤드 서브어셈블리(26)의 높이를 변경하도록 제어될 수 있다.
도 2에 도시된 프린팅 기계(21)의 다른 구성에서, 프린트 헤드 서브어셈블리(26)는 완전히 정지 상태로 유지될 수 있고, 대신에 테이블(22)은 다차원으로 이동될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 매우 정확하게 UV 잉크를 분배 및 경화시키기 위한 테이블(22)에 대한 프린트 헤드 서브어셈블리(26)의 상대 이동이 존재하는 한, 프린트 헤드 서브어셈블리(26) 및 테이블(22) 중 하나, 다른 하나 또는 모두의 이동이 가능하다.
(예를 들어, 프린트 헤드 서브어셈블리 포지셔닝 및 플랫베드 테이블 포지셔닝, 및 디자인 파일들의 래스터 이미지 프로세싱과 같은) 도 2에 도시된 프린팅 기계(21)와 같은 프린팅 기계의 많은 기본 기능들은 2015년 9월 25일 출원된 미국 특허 출원 제 14/780,346호에 제공된다. 이러한 기본 프린팅 기계 기능들에 관한 미국 특허 출원 제 14/780,346호의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 4a는 프린트 헤드 및 UV 광원을 갖는 단일 통과 작동을 위해 구성된 롤-투-롤(roll-to-roll) 프린팅 기계에서의 프린트 헤드 서브어셈블리 구성의 다이어그램이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 롤-투-롤 매체(32)는 프린팅될 직물을 지지하고 전진시키기 위해 제공되고, 매체 롤러(34) 및 테이크업 롤러는 매체(32)를 화살표(A)의 방향으로 전진시키도록 동작가능하다. 프린트 헤드(P) 및 UV 광원(L)이 제공되며, 이로써 매체(32)에 의해 지지되는 직물이 프린트 헤드(P) 및 UV 광원(L) 하에서 화살표(A) 방향으로 통과함에 따라, UV-경화성 잉크가 프린트 헤드(P)에 의해 도포되고 UV 광원(L)에 의해 단일 통과로 적어도 부분적으로 경화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 프린트 헤드(P) 및 UV 광원(L)은 고정되며, 롤-투-롤 매체(32) 상에 지지된 직물이 통과할 때 이의 전체 폭을 커버하기에 충분히 넓다. 그러나, 다른 실시예들에서, 프린트 헤드(P) 및/또는 UV 광원(L)은 롤-투-롤 매체(32) 상에 지지된 직물이 통과할 때 이의 전체 폭을 커버하도록 화살표(A)에 수직하게 좌우로 스캐닝할 수 있다.
도 4b는 단일 통과 동작을 위해 복수의 프린트 헤드들 및 UV 광원들로 구성된 롤-투-롤 프린팅 기계에서의 프린트 헤드 서브어셈블리 구성의 다이어그램이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 롤-투-롤 매체(32)는 프린팅될 직물을 지지하고 전진시키기 위해 제공되고, 매체 롤러(34) 및 테이크업 롤러는 매체(32)를 화살표(A)의 방향으로 전진시키도록 동작가능하다. 도 4b에 도시된 구성에서, 2개의 프린트 헤드들(P1, P2) 및 UV 광원들(LI, L2)이 제공되고, 이로써 매체(32)에 의해 지지된 직물이 프린트 헤드들(P1, P2) 및 UV 광원들(L1, L2) 하에서 화살표(A)의 방향으로 통과함에 따라, UV-경화성 잉크는 단일 통과에서 프린트 헤드들(P1, P2)에 의해 도포되고, UV 광원들(L1, L2)에 의해 적어도 부분적으로 경화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 2개 초과의 프린트 헤드들 및/또는 UV 광원들이 사용될 수 있다. 도 4b에 도시된 구성에서, 프린트 헤드들(P1 및 P2) 및 UV 광원들(L1 및 L2)은 고정되며 통과할 때 롤-투-롤 매체(32) 상에 지지된 직물이 통과할 때 이의 전체 폭을 커버하기에 충분할만큼 넓다. 그러나, 다른 실시예들에서, 프린트 헤드들(P1 및 P2) 및/또는 UV 광원들(L1 및 L2)은 롤-투-롤 매체(32) 상에 지지된 직물이 통과할 때 이의 전체 폭을 커버하기 위해 화살표(A)에 수직하게 좌우로 스캐닝할 수 있다.
본 명세서에 기술된 직물에 직접 프린팅하는 공정을 사용하고, UV-경화성 잉크를 도포하고 UV 광원으로 상기 도포된 잉크를 경화시킴으로써, 합성 섬유, 혼방 섬유 및 면직물로 이루어진 직물들은, 잉크가 직물에 충분히 결합될 수 있도록, (특히 합성 섬유, 혼방 섬유, 및 어두운 색 면직물 섬유에 대하여) 이전에 요구되었던 화학적 작용제에 의한 전처리 없이 모두 그들의 자연 상태로 프린팅될 수 있다. 결과적으로, 직물들의 전처리 없이도 내구성이 있고 내성있는 프린트물들을 얻을 수 있으며 프린팅된 이미지는 직물들의 섬유와 늘어날 수 있다. 도 5는 섬유의 전처리없이, 어두운 면직물 셔츠(상단), 어두운 폴리에스테르 셔츠(중간), 및 밝은 색 Nike Dri-Fit 셔츠(하단)에 대하여, 본 명세서에서 기재된 직물에 직접 프린팅하는 공정에 의해 프린팅 품질이 달성될 수 있음을 도시한다. 이러한 소재들 및 색상들은 화학적 전처리없이 기존의 수성 잉크들을 사용하는, 직물에 직접 프린팅하는 공정으로는 프린팅될 수 없었다.
전술된 직물에 직접 프린팅하는 공정은 화학적 작용제로의 전처리를 필요로 하지 않는 것으로 기재되었지만, 본 명세서에 기술된 UV-경화성 잉크는 일부 실시예들에서 화학적으로 전처리된 섬유와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 전처리는 직물 섬유에 대한 잉크의 양호한 접착과 함께 고품질 프린팅을 달성하기 위해 대부분의 실시예들에서는 필요하지 않으며, 전처리가 수행될 수 있는 일부 상황들이 있을 수 있으며, UV-경화성 잉크를 사용하는 본 명세서에 기술된 직물에 직접 프린팅하는 공정은 다양한 시나리오들에서 섬유들 및 용도들의 다양성을 위한 개선된 프린트 품질 및 잉크 접착력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
상기 설명에서, "어두운" 색의 직물들 또는 섬유들 상에 프린팅하는 것과 관련된 문제점들에 대한 언급이 이루어졌다. 본 명세서의 적어도 일부의 실시예들에서, "어두운" 색상의 직물 또는 섬유는, 프린팅 제어에 사용되는 디자인 파일에서 정의된 아트워크 내 색상이 HSL (색조(Hue)-채도(Saturation)-밝기(Lightness)) 색상 실린더 공간으로 변환되고, 이어서 직물 상에 프린팅될 때, 직물 상에서 측정된 색상이 디자인 파일에서 정의된 색상의 L 값으로부터 2.5% 이상 감소된 밝기("L") 값을 갖는, 직물로서 정의된다. 이러한 경우에, 전술된 일부 실시예들에서, 백색 잉크는 디자인 파일에서 정의된 색상들을 인쇄하기 전에 이미지 아래에 인쇄되며, 이로써 올바른 색상이 직물 상에 인쇄되고, 색상이 디자인 파일의 아트워크에 의해 정의된 것보다 어둡지 않다는 것을 보증한다.
본 발명은 예시적인 실시예(들)를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 가해질 수 있고 등가물들이 그의 구성요소들로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시들에 특정 상황 또는 재료를 적용시키도록 많은 수정들이 가해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예(들)에 한정되지 않으며, 본 발명은 이러한 설명의 범위 및 개념들에 속하는 모든 실시예들을 포함할 것이다.

Claims (21)

  1. 직물에 직접 프린팅하는 시스템(direct-to-textile printing system)으로 직물 상에 UV-경화성 잉크를 디지털 프린팅하기 위한 방법으로서,
    상기 직물을 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템 내에 위치시키는 단계;
    디지털 디자인 파일에 따라 상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템으로 상기 직물에 상기 UV-경화성 잉크를 도포하는 단계; 및
    UV 광으로 상기 직물에 도포된 상기 UV-경화성 잉크를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템 내에 위치된 직물은 임의의 화학적 전처리로 전처리되지 않은, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 직접 프린팅하는 시스템 상에 직물을 포지셔닝하는 단계와 상기 디지털 디자인 파일에 따라 상기 직물에 직접 프린팅하는 것으로 상기 직물에 상기 UV-경화성 잉크를 도포하는 단계 사이에, 상기 직물 상에 물을 포함하는 액체를 분사하는 단계를 더 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액체는 증류수로 구성되는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 직물 상에 분사된 액체는 계면활성제를 더 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계면활성제는 상기 직물 상에 분사된 액체의 약 1%를 차지하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물은 합성 섬유(synthetic farbic)를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 도포된 UV-경화성 잉크를 자외선으로 경화시키는 단계 후에 상기 직물에 열을 가하는 단계를 더 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 직물에 열을 가하는 단계는 약 250℉(121℃)에서 약 30초 동안 상기 직물을 열 압착하는 단계를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 UV-경화성 잉크는 UV 광으로 부분적으로 경화되며, 상기 직물에 열을 가함으로써 완전히 경화되는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV-경화성 잉크는 UV 광으로 부분적으로 경화되며, 이어서 추가 UV 광을 상기 직물에 인가함으로써 완전히 경화되는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 도포된 UV-경화성 잉크를 UV 광으로 적어도 부분 경화시키는 단계는 상기 UV-경화성 잉크를 UV 광으로 완전히 경화시키는 단계를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 도포된 UV-경화성 잉크를 UV 광으로 적어도 부분 경화시키는 단계는 적어도 하나의 LED 광원을 사용하여 UV 광을 인가하는 단계를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 직접 프린팅하는 프린터로 상기 UV-경화성 잉크를 상기 직물에 도포하는 단계 및 상기 직물에 도포된 UV-경화성 잉크를 UV 광으로 적어도 부분적으로 경화시키는 단계는,
    적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드(inkjet print head) 및 적어도 하나의 UV 광원을 갖는 프린트 헤드 서브어셈블리가 적어도 한번 통과하며, 이로써 상기 UV-경화성 잉크는 상기 적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드에 의해 상기 직물 상에 도포되며, 상기 직물에 도포된 직후에, 상기 적어도 하나의 UV 광원에 의해 적어도 부분적으로 경화됨으로써 수행되는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물에 직접 프린팅하는 프린터로 상기 UV-경화성 잉크를 상기 직물에 도포하는 단계 및 상기 직물에 도포된 UV-경화성 잉크를 UV 광으로 적어도 부분적으로 경화시키는 단계는,
    적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드 및 적어도 하나의 UV 광원을 갖는 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리에 인접한 롤-투-롤 매체(roll-to-roll media) 상에서 상기 직물을 이동시키며, 이로써, 상기 UV-경화성 잉크는 상기 적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드에 의해 상기 직물에 도포되며, 상기 직물에 도포된 직후에, 상기 적어도 하나의 UV 광원에 의해 적어도 부분적으로 경화됨으로써 수행되는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 디자인 파일에 따라 상기 직물에 직접 프린팅하는 프린터로 상기 직물에 상기 UV-경화성 잉크를 도포하는 단계는,
    상기 직물 상에 적어도 하나의 백색 잉크 층을 도포하는 단계; 및
    상기 직물 상의 상기 적어도 하나의 백색 잉크 층 상에 칼라 잉크 및/또는 투명 잉크를 도포하는 단계를 포함하는, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 직물은 어두운 색의 직물인, 디지털 프린팅하기 위한 방법.
  18. 직물에 직접 프린팅하는 시스템으로서,
    직물을 수용하고 지지하도록 구성된 지지 매체(support media);
    디지털 디자인 파일에 따라 UV-경화성 잉크를 상기 직물에 도포하도록 구성된 적어도 하나의 잉크젯 프린트 헤드를 갖는 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리; 및
    상기 UV-경화성 잉크가 상기 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리에 의해 상기 직물에 도포된 후에 상기 직물에 UV 광을 인가하여 상기 직물에 도포된 상기 UV-경화성 잉크를 적어도 부분적으로 경화시키도록 구성된 적어도 하나의 UV 광원을 포함하며,
    상기 지지 매체 및 상기 적어도 하나의 프린트 헤드 서브어셈블리 중 적어도 하나는 서로에 대해 이동가능한, 직물에 직접 프린팅하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지지 매체는 상기 직물을 이동시키도록 구성된 롤-투-롤 시스템(roll-to-roll system)을 포함하는, 직물에 직접 프린팅하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 직물에 직접 프린팅하는 프린팅 시스템은 대형 직물 처리 시스템의 일부인, 직물에 직접 프린팅하는 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 지지 매체는 직물에 직접 프린팅하는 프린터의 플랫베드(flatbed)를 포함하는, 직물에 직접 프린팅하는 시스템.
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