纺织生产的染色、印花和整理环节是全球环境要求最高的工业过程之一。传统染色操作本质上非常耗资源。它们需要大量的能源来维持高温，同时每生产单位织物也会消耗大量水（Choudhury, 2018），并且由于染料固定效率低下，大量染料会作为废水排放（Chequer et al., 2013）。染厂废水与严重的生态破坏以及对人类和更广泛生态系统的健康风险有关（Lellis et al., 2019; Berradi et al., 2019; Islam et al., 2025）。
环境机构日益严格的监管和更新的立法框架使这一问题重新受到关注，强调了减少纺织着色过程资源密集度的紧迫性（欧洲环境署，2023；Ellen MacArthur基金会，2017）。因此，转向更清洁、更高效的制造方法对于纺织行业的未来可持续性至关重要。
由加速的时尚周期和数字化消费者平台的兴起所推动的市场动态给传统纺织制造系统带来了越来越大的压力。目前基于大规模生产以实现规模经济的模式，在以需求为导向、快速变化的时尚环境中显得格格不入。为了跟上步伐，现有的生产方法往往导致浪费、库存过剩以及应对消费者实时需求的灵活性有限（Fletcher and Tham, 2019）。这种系统性错配加剧了全球供应链中的环境浪费，并强化了剥削性劳动实践，因为制造商在不断增加的商业压力下被迫缩短交货时间和降低成本（Cline et al., 2023; Nahtigal and Treibich, 2021）。
本文的研究动机在于寻找能够解决传统浸染工艺环境和操作限制的纺织着色技术，同时响应关于更具响应性和去中心化生产模式的讨论。这些模式越来越多地被提出，作为减少过剩库存和实现后期定制的手段，也是解决纺织行业系统性过度生产问题的更广泛努力的一部分。
在这种背景下，需要探索能够支持多样化设计要求的着色方法，这些方法应减少材料和工艺投入，并能够整合到产后或分布式制造工作流程中。虽然已经提出了一系列创新着色方法，如喷雾染色、超临界CO2和等离子辅助技术，以降低湿加工的资源密集度（Catarino et al., 2025），但仍有空间开发结合资源效率与数字化控制、灵活应用的方法。
激光技术代表了一种数字化驱动的非接触式纺织加工方法，具有精确性、可重复性和能源效率。通过计算机辅助设计（CAD）系统进行控制，激光可以实现快速、精准的加工，无需使用物理工具，使其成为更敏捷和可持续纺织制造系统中的有前景的技术。
现有研究表明，激光照射作为预处理手段可以增强羊毛纤维对染料的吸收，与传统浸染方法相比可节省超过50%的能源（Morgan et al., 2014; Kane et al., 2020）。在这些研究中，激光预处理通过破坏羊毛纤维的疏水层来改变其表面特性，从而增加染料亲和力。对合成纺织品的研究也表明，染色前的照射可以改善PET、聚酰胺和聚丙烯织物的染料吸收（Kan, 2008; Montazer et al., 2011; Shahidi et al., 2013; Akiwowo et al., 2017）。然而，这些方法引发了关于基底热降解的担忧，因为激光照射产生的高温会损害织物的强度和耐用性（Bahtiyari, 2011; Chow et al., 2012）。这些发现强调了需要改进基于激光的染色技术，以在保持纺织品结构完整性的同时实现有效的着色效果。
本文研究了一种激光染料固定方法，该方法支持纺织着色、创意表面设计和资源效率，利用了数字化驱动生产的优势。鉴于染料固定涉及染料分子与纺织纤维之间的热激活反应，本研究探讨了利用激光照射产生的光热能作为目标热源，在纤维表面激活染料反应的潜力。传统羊毛染色通常需要将织物浸入水中，加热到90至100°C以确保足够的染料扩散（Huntsman, 2007）。CO2激光发出的红外辐射可被水吸收，产生的温度可超过400°C。当这种能量照射到预先湿润了染料的织物上时，可以在激光-染料-纤维相互作用点立即实现染料固定。
这一概念构成了激光染色工艺开发的基础，此后称为激光“peri-dyeing”。前缀“peri”表示“周围”或“邻近”，描述了染料反应局限于激光路径周围的区域。与预处理方法不同，这里的激光作为染料固定的主动剂，在接触点引发纤维和染料之间的表面化学反应。尽管有少数研究尝试通过激光照射引发染料反应，但这些方法使用的是通过模板进行的紫外线照射（Kearney and Maki, 1994）或预先涂覆树脂粘合剂（Fall 2015），与本研究开发的peri-dyeing方法有显著差异，这些方法在技术和创意上仍有待进一步探索。
本研究通过首次系统地优化和评估该技术在羊毛基底上的性能，推进了我们之前的peri-dyeing研究。与以往专注于探索性试验（Morgan, 2016; Morgan et al., 2018）或工业可行性和工艺工程研究（Morgan et al., 2018; Jones et al., 2025）的工作不同，本文结合了定量的颜色和固定分析、纤维完整性评估以及针对羊毛的设计应用。结果确定了加工窗口，验证了耐用性和固定行为，并展示了技术优化与精准纺织设计的结合。
