DTP를 활용한 Digital Color Reproduction 공정기술에 관한 연구

Abstract

One of the greatest advantages of Digital Textile Printing(DTP) is an ability to produce many samples in several days once the design created freely on PCs has been decided. This makes it possible to produce DTP products with high-added value. As the output speed of DTP is higher, some of the traditional printing market for short run screen printing will be changed to digital processes and will be evolved into mass customization products. The purpose of this study is to examine and analyse processes of pre-treatment, after-treatment, printing including good combination of dye(ink), media, printer, s/w, etc. for reproduction of digital color and high quality of DTP products. The experiments were conducted by 5 themes (from part 1 to 5) as shown below ; Part 1 ; Selection of good pretreatment auxiliary and process for media is very important to obtain high quality of DTP products. Rosin pre-treatment was studied to improve the quality of DTP. Especially, the effects of media on printing quality of DTP according to rosin pretreatment concentration were examined. Two types of fabrics(silk and cotton) and two types of inks(reactive and pigment inks) were used. The effects on the dyeing properties such as K/S value, the change in physical properties and color analysis of the rosin treated sample were evaluated. Part 2 ; DTP has problems of color reproduction and control. Generally, color gamut of RGB (red, green, blue) system is wider than that of CMYK (cyan, magenta, yellow, black); therefore, the colors seen in the monitor is different from the colors that appear in the printed output. The Color Management System(CMS) has been used for improving reproduction and control of printing color. The effects on the appearance of colors in printouts through CMS application such as color gamut, printability and color difference were investigated. Part 3 and Part 4, ; It is very important to select good media for high quality of DTP product. Two types of yarn twist for cotton knit respectively, 830t.p.m, 1630t.p.m were used and five types of media structures were knitted with single circular knitting machine. Effects of media according to yarn twist and structure of knitting fabric on weight, fabric count, thickness, surface properties and line quality were investigated in part 3 and printability and color difference of hard twist yarn samples and normal twist yarn samples were investigated in part 4. Part 5 ; Fabrics printed with DTP are accompanied certainly with steaming as after-treatment process for coloration. Role of steam is like water in exhaustion dyeing. Steam can diffuse dye or ink in printing paste to fiber. Quality of DTP products depend on after-treatment processes such as steaming, washing, drying. Current production amount of DTP is smaller than one of conventional textile printing. However conventional after-treatment system has been using so far. This is mismatched with DTP in terms of process efficiency, spot work of small lot, quality control. Continuous after-treatment system has been suitably designed for DTP. This system is available for washing and drying processe after steaming. So, It is possible to improve efficiency of DTP process. The effects of after-treatment process, such as temperature of heat drum, steaming time on printability, color difference, color fastness were examined. results were obtained as follows ; 1. The K/S value of cotton printed with reactive ink was decreased by rosin pretreatment. Rosin pretreated sample showed lower K/S value than that of the untreated sample. As the higher rosin treatment concentration sample has, the lower their K/S values are. The rosin pretreatment for DTP seems to lower printability of cotton. 2. The K/S values of cotton and silk printed with pigment inks were increased by rosin pretreatment. Rosin pretreated sample showed higher K/S value than that of the untreated sample. Rosin pretreated samples make more effective in obtainning dark and vivid color during pigment ink printing. 3. MIU, MMD and SMD values, closely related to surface roughness and printing quality, were lowered by rosin pretreatment. B and 2HB values increased with increasing concentration of rosin used during treatment. Line printing tests showed decreased line blurriness of rosin-pretreated silk (2%) and a sharper line was printing. 4. After monitor and printer calibration, ICC-profile has been applied to silk printing with DTP. The bigger dot gain gets, the smaller color gamut volume gets. Color gamut volume with dot gain 49% was decreased to 31.1% in comparison with dot gain 10%. The bigger dot gain gets, the amounts of CMYK inks also increase. In case of bright color with higher chroma and the above input 50, K/S value didn't show no change. So, color gamut volume is decreased. 5. K/S value increased as the dot gain and printer resolution increased. But the resolution of printer does not have so much effect on printability with light color when dot gain 10 and 20%. 6. By using CMS including calibration and profiling process, it was possible to reproduce monitor's color with DTP and reduce the standard deviation of △E between monitor's color and printed color with DTP from 5.27 to 2.92. It may be one method to apply precise profile which is suitable to sample property for reducing color difference between monitor color and actually printed color 7. Two types of yarn twist for cotton knit (30') respectively, 830 t.p.m, 1630 t.p.m were used to find how media property affects DTP printing quality and five types of media structures(plain, dot, pique, lacoste, corduroy) were knitted with single circular knitting machine. Weight, fabric count and thickness of hard twist samples were higher than that of normal twist sample. Weight of hard twist plain type was increased to 25% in comparison with normal twist's. 8. MIU, MMD and SMD values of hard twist samples were higher than those of normal twist samples in the same media structure. The SMD values were increased from plain to corduroy types. In case of plain structure, SMD values of hard twist samples increased more over 30% than those of normal twist samples, which was the highest level among the structures. So, surface roughness increased greatly. Corduroy structure sample increaseed 17%, which was the lowest SMD value level among the structures. 9. Pilling test (KS K ISO 12945-1) was examined find how the yarn twist increase affects the surface of sample. Normal twist samples have more pills than hard twist samples. This phenomenon is considered to affect printing property and printer head control during printing. It may be used to minimize hairness of DTP media to increase fabric count and yarn twist. 10. line area, line width, line standard deviation values of hard twist samples were decreased from plain to corduroy than those of normal twist samples. In case of printing thick line on plain structure sample, standard deviation of sample using hard twist yarn has lower than that of other samples. So, It may be helpful to improve blurriness of thick line if media that has more twisted yarn was used to print with DTP. 11. K/S values of hard twist samples were higher than those of normal twist samples in every media structures. It is more effective to use a hard twist yarn samples to obtain dark and vivid color in prinintg above level input value 60. 12. The K/S value of a hard twist yarn sample with a plain structure was the highest and that of corduroy was the lowest in comparision with K/S values according to a media structure. In case of plain structure, there was most printability improvement effect between a normal twist sample and a hard twist sample in dark color such as black. 13. ∆E values of hard twist yarn samples were decreased when ∆E values were tested between hard twist yarn samples and normal twist yarn samples using a standard of a normal twist yarn sample with a plain structure. Regardless of yarn twist, corduroy had the highest ∆E. Also, L* of hard twist yarn sample has been decreased and its lightness became lower. 14. Continuous after-treatment system was designed to improve efficiency of after-treatment process including steaming, washing, drying process for DTP. Then it was analyzed how the property of sample completed continuous after-treatment affected DTP printing quality. There is no a wide difference between the K/S values of cotton and silk treated with continuous after-treatment system and those of sample treated with conventional printing after-treatment method. So it is more effective to use the continuous after-treatment system than conventional printing after-treatment system in case of the daily throughput of 1,000 yards below. 15. To prevent ink bleeding and improve printing, steam drum was installed in buffering zone. By using it, K/S of silk over preliminary drying process was measured. The K/S value of sample over after-treatment process showed higher than that of sample over after-treatment process without preliminary drying processing. K/S value was the highest at 70℃. 16. K/S value of sample which was treated with continuous after-treatment system were increased and lightness(L*) values were decreased. To evaluate color reproduction grade, ΔE values were tested. The result was below 2.3. 17, DTP silk samples treated with continuous after-treatment system were tested for fastness(washing, light, rubbing) and shrinkage. Grades of fastness(washing, light, rubbing) were above 3 grade in all colors such as orange, green, purple, and blue. Shrinkage rate was ±3%.;Digital Textile Printing(이하 DTP라 함)이 기존 날염시장의 일부분을 대체시키면서 고품질 및 단납기라는 장점으로 수요가 증가할 것으로 예측되고 있다. DTP를 이용하여 모니터상의 디지털 color를 종이가 아닌 섬유에 reproduction하기 위해서는 기존 날염에 대한 이해뿐만이 아니라 color management, 디지털 장비의 효율적인 운용, 최적 잉크사용 및 S/W 구축, DTP용 미디어 및 전·후처리 공정개발이 필수적이다. 최근들어 고속 DTP가 개발되면서 이들 세부공정간 연계 개발이 더욱 중요시되고 있으나 일부 공정에 국한된 생산으로 고부가가치 DTP 제품생산이 어려운 실정이다. 따라서 본 논문에서는 디지털 color를 reproduction 하기 위한 DTP 공정으로 전처리, 프린팅, 후처리 공정으로 크게 나누고 다음과 같은 세부방향으로 연구를 진행하였다. 첫째, 로진 전처리가 DTP 프린팅 품질에 미치는 영향을 알아보기 위해 로진 농도를 달리하여 전처리 한 후, DTP 날염물의 염색성 및 색상변화에 대하여 분석하였다. 둘째, DTP를 사용하여 시료에 프린팅할 때, 실제 프린팅된 color의 제어 및 재현성을 향상시키기 위해 CMS 공정을 적용하였으며, CMS 적용이 DTP 날염물의 염착력 및 color appearance에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 셋째, 미디어의 특성이 DTP 프린팅 quality에 미치는 영향을 알아보기 위해 원사 꼬임수 및 조직을 달리하여 시료를 편직한 후, DTP용 미디어가 어떤 특성을 갖게 되는지, 이러한 특성은 라인의 세선도 및 blurriness에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 검토하였다. 넷째, 미디어의 특성이 DTP 프린팅 품질에 미치는 영향을 알아보기 위해 원사꼬임수를 달리하여 시료를 편직한 후, 원사꼬임수 및 미디어의 편성구조에 따른 DTP 날염물의 염색성 및 색상변화에 대하여 분석하였다. 다섯째, DTP용 후처리 공정의 효율성을 향상시키기 위해 증열, 수세, 건조 공정을 연속적으로 처리할 수 있는 시스템을 제작하여 후처리 연속공정을 실시하였다. 후처리 연속공정 시스템을 이용한 시료와 전통적인 날염 후가공 시스템을 이용한 시료의 염색성 비교 및 후처리 연속공정 시스템이 DTP 프린팅 품질에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 상기 연구목적으로 실험한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. A. 전처리 공정 : 로진 전처리가 미디어 염색성에 미치는 영향 1. 반응성 잉크를 사용하여 면시료를 DTP로 프린팅하고 로진의 처리농도에 따른 시료의 염색성을 비교하였다. 미처리 시료가 처리시료보다 높은 K/S 값을 나타내었으며, 로진 처리농도가 높아질수록 K/S 값이 감소하였다. 처리농도가 10%일 때 가장 낮은 K/S 값을 나타내어 로진 처리가 면직물의 염착력을 저하시키는 것으로 나타났다. 2. 피그먼트 잉크를 사용하여 면, 실크시료를 프린팅한 경우, 로진 처리시료가 미처리 시료보다 높은 K/S 값을 나타내었으며, 면시료의 cyan color의 경우, 로진 처리농도가 8% 일때, input 농도 70 이상에서 처리시료가 미처리 시료보다 평균 40% 이상의 K/S 값 상승이 나타났다. magenta의 경우, input 농도 100에서 32.9%의 K/S 값 향상이 관찰되었다. 중농색 계열의 color군에서 로진 전처리가 면시료의 염착력 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 실크시료의 경우, cyan color의 input 농도가 0∼50인 담색계열에서 로진 처리시료가 미처리 시료보다 높은 K/S 값 상승이 나타나 담중색 계열의 color군에서 염착력 향상효과가 있는 것으로 나타났다. 3. 로진 처리시료가 미처리 시료보다 MIU(마찰계수의 평균치), MMD(마찰계수의 평균편차), SMD(표면 거칠기의 평균편차) 값이 감소하여 표면 거칠기는 감소하였고, B(단위길이당 굽힘강성), 2HB(단위길이당 이력모멘트) 값은 증가하여 시료의 stiffness는 다소 상승하였다. 로진 농도 2%로 처리된 실크시료에 라인 이미지를 피그먼트 잉크로 프린팅하여 표면을 관찰한 결과, 처리시료가 미처리 시료보다 라인의 번짐현상이 감소하여 sharpness가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. B. 프린팅 공정 : Color Management System이 Color 재현성에 미치는 영향 1. DTP로 이미지를 프린팅할 때 모니터 및 프린터 캘리브레이션을 실행한 후 ICC-profile을 만들어 실크직물에 적용하였다. dot gain을 변화시키면서 프린팅한 결과, dot gain이 커질수록 color gamut volume이 감소하는 것으로 나타났으며, dot gain 49%일때의 color gamut volume은 dot gain 10%일때보다 31.1% 감소하였다. Dot gain이 커질수록 분사되는 CMYK의 잉크량도 증가하여 채도가 아주 높은 밝은 color들이나 cyan 및 black의 input 농도가 50 이상인 경우, K/S 값의 변화가 거의 나타나지 않아 DTP로 이들 color를 재현하는 것이 어려울 것으로 예측되기 때문에 color gamut volume이 감소하는 것으로 판단된다. 2. 프린터 해상도가 높아질수록, dot gain이 커질수록 K/S 값도 증가하는 경향을 보였다. 하지만 dot gain이 10%, 20%일때, cyan과 black의 농도가 30 이하인 담색계열의 color에서는 프린터의 해상도가 염착력에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 3. L값을 0에서 100으로 하는 144개 gray scale의 디지털 테스트 폼을 이용하여 profile 적용에 따른 프린팅 color의 색차를 비교한 결과, 모니터 상의 color를 기준으로 profile을 적용한 시료는 적용하지 않은 시료에 비해 평균 △E는 44.7%, △E의 평균 표준편차는 44.6% 감소한 것으로 나타났다. 따라서 시료의 특성에 맞는 정확한 profile을 적용하는 것이 모니터상의 color와 실제 프린팅된 color간의 색차를 줄일 수 있는 하나의 방안이 될 수 있음을 확인하였다. B. 프린팅 공정 : 미디어 구조의 영향 – 시료특성변화 및 라인 quality 평가 중심 1. 원사 꼬임수 증가에 따른 조직별 미디어의 무게와 밀도를 측정한 결과, normal twist yarn으로 편성한 시료보다 hard twist yarn로 편성한 시료의 무게, 밀도, 두께가 높게 나타났다. 시료 두께변화도 hard twist yarn로 편성한 시료가 더 두꺼워졌으며 plain, dot, pique, lacoste, corduroy 조직순으로 무게, 밀도, 두께가 증가하였다. Plain 조직의 경우, hard twist yarn으로 편성했을때 무게 증가율이 25%로 시료중 가장 높은 무게 증가를 나타냈다. 2. 원사의 꼬임수 증가가 미디어의 표면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위해 MIU, MMD, SMD 값들을 측정한 결과, normal twist yarn으로 편성한 시료보다 hard twist yarn으로 편성한 시료의 값이 더 높았으며 시료의 무게와 밀도가 커질수록 MIU, MMD, SMD 값도 증가하였다. Plain 조직의 경우, hard twist yarn으로 편성한 시료의 SMD 값이 normal twist yarn으로 편성한 시료의 SMD보다 30%이상 증가하여 조직중에서 가장 높은 증가율을 나타내어 표면 거칠기가 크게 상승하였으며, corduroy 조직은 17% 증가하여 조직중 가장 낮은 증가율을 나타냈다. 3. 원사 꼬임수 증가가 시료의 표면 마찰력에 미치는 영향을 알아보기 위하여 필링 테스트(KS K ISO 12945-1)를 한 결과, normal twist yarn으로 편성한 시료가 hard twist yarn으로 편성한 시료보다 섬유 표면에 더 많은 보푸라기와 필이 생성됨을 알 수 있었다. 이러한 현상은 DTP 프린팅시 염착력 및 헤드관리 측면에도 영향을 미칠 것으로 판단되며, 원사의 꼬임을 증가시키고 원단 밀도를 적정하게 높혀 주는 방안은 DTP용 미디어 제직시 모우를 최소화하는 원단 설계 방법으로 활용될 수 있다. 4. DTP로 프린팅된 라인의 area, width, standard deviation는 hard twist yarn으로 사용한 시료가 normal twist yarn을 사용한 시료보다 줄어들었으며 plain, dot, pique, lacoste, corduroy 순으로 즉 SMD 값이 클수록 라인 area 및 width는 더 줄어들었다. 따라서 원사 꼬임이 많고 밀도가 높은 미디어에 선이 굵거나 size가 큰 이미지를 프린팅할때에는 모니터상의 원본 이미지값보다 스케일업된 이미지로 프린팅해야 원본 size에 가깝게 프린팅된다. plain 조직의 경우, 굵은 선을 프린팅 할 때, hard twist yarn을 사용한 시료의 standard deviation 값이 다른 시료에 비해 낮으므로, 실의 꼬임이 다소 많은 미디어를 사용하여 프린팅하면 굵은 라인의 blurriness 향상에 도움이 될 것으로 판단된다. B. 프린팅 공정: 미디어 구조의 영향 – 시료 염색성 평가중심 1. 미디어의 원사 꼬임수 증가에 따른 염색성을 비교한 결과, 모든 조직에서 hard twist yarn을 사용한 시료가 normal twist yarn을 사용한 시료보다 K/S 값이 컸다. 특히, 연색보다는 level input 값이 60 이상인 중농색에서 hard twist yarn 시료와 normal twist yarn 시료와의 K/S 값 차이가 더 커져 염착력 향상효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 중농색을 프린팅할 때에는 꼬임수가 많은 시료를 사용하는 것이 효과적이다. 2. 미디어 편성구조에 따른 염색성을 비교한 결과, hard twist yarn을 사용한 시료중 plain 조직의 시료가 가장 높은 K/S 값을 나타내었고 corduroy 조직이 가장 낮은 K/S 값을 나타내어 중농색을 DTP로 프린팅할 때 plain 조직을 활용하면 좀 더 진한 색상을 표현할 수 있다. 3. Normal twist yarn을 사용한 plain 조직의 시료를 기준으로 했을 때, normal twist yarn을 사용한 시료와의 ∆E 값보다 hard twist yarn을 사용한 시료와의 ∆E 값이 줄어드는 것으로 나타났고, yarn twist에 상관없이 corduroy 조직이 ∆E 값이 가장 컸다. 또한 hard twist yarn을 사용한 시료의 L* 값이 감소하여 lightness가 줄어 들었다. C. 후처리 공정 : DTP용 연속 후처리 공정 1. DTP용 후처리 연속공정 시스템을 이용하여 증열, 수세, 건조 공정을 일괄처리한 시료와 기존 전통적인 방법의 후처리 공정을 거친 시료의 염착력을 비교한 결과, 기존 날염대비 ±10% 이내의 발색도를 나타내었다. 따라서 본 연구에서 사용된 DTP용 후처리 연속공정 시스템은 일일 생산량 1,000 야드 이하의 경우에 적합한 시스템으로, 준생산 규모의 DTP용 후처리 가공에 적합할 것으로 판단된다. 2. 중농색의 디자인을 DTP로 프린팅 할 경우, 증열공정 중 번짐불량이 발생할 수 있으므로, 염착력 향상 및 번짐방지를 위해 DTP용 후처리 연속공정 시스템중 buffering 존에 스팀드럼을 설치하였으며, 이를 이용하여 예비건조 공정을 거친 실크시료의 K/S 값을 측정한 결과, 예비건조를 실시한 시료의 K/S 값이 프링팅 직후 건조공정 없이 후처리 공정을 실시한 시료의 K/S 값보다 높았으며 스팀드럼 온도가 70℃일때, 가장 높은 K/S 값을 나타내었다. 3. 후처리 연속공정이 완료된 된 시료의 L* 값은 감소하고 K/S 값은 상승하여 발색이 원활하게 진행되어 색상이 진해짐을 알 수 있었으며, 색상 재현성을 확인하기 위하여 1m 지점에서의 색상을 standard로 하여 5m, 10m 지점에서의 L*, a*, b* 값을 측정하여 ⧍E 값을 구한 결과 모두 2.3 이내였다. 4. DTP용 후처리 연속공정 시스템을 사용한 시료의 품질을 평가한 결과, 실크시료의 수축률은 처리전 시료대비 ±3% 이내였으며, 면, 실크시료의 세탁견뢰도, 마찰견뢰도, 일광견뢰도는 orange, green, purple, blue 색상 모두 3등급 이상으로 나타났다.