本發(fā)明屬于激光加工炊具，具體涉及一種電磁感應(yīng)加熱輔助激光快速加工無(wú)涂層不粘鍋的方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、不粘鍋因其出色的不粘特性而受到大眾的廣泛歡迎。目前主流的不粘鍋是采用了特氟龍等特殊的化學(xué)涂層材料而實(shí)現(xiàn)不沾特性。這些化學(xué)涂層在高溫下易分解失效、脫落，使得不粘鍋失去不粘特性，且使用者誤食易造成人體危害。激光加工技術(shù)制造無(wú)涂層不粘鍋，這種方法通過(guò)物理手段改變鍋體表面結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)不粘效果，而不依靠化學(xué)涂層。

2、目前，傳統(tǒng)的激光加工不粘鍋技術(shù)是在室溫環(huán)境下進(jìn)行的，激光束需將加工區(qū)域的溫度加熱至金屬鍋材料的熔點(diǎn)以上，此過(guò)程消耗了大量的激光能量，導(dǎo)致激光能量利用率低，加工效率低，進(jìn)而導(dǎo)致加工速度慢、加工成本高。

3、因此，需要一種能提高激光加工不粘鍋速度的方法，在同樣的激光參數(shù)下，能更快速地在金屬鍋鍋底加工出大小、深度相似的微結(jié)構(gòu)，以減少加工時(shí)間，提高激光加工的效率，降低加工成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決相關(guān)技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種電磁感應(yīng)加熱輔助激光快速加工無(wú)涂層不粘鍋的方法和裝置，在相同的激光參數(shù)下，能更快速地在金屬鍋鍋底加工出大小、深度相似的超疏水微結(jié)構(gòu)，以減少加工時(shí)間，提高激光加工的效率，降低加工成本的方法，以解決上述存在的技術(shù)缺陷問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提出了一種電磁感應(yīng)加熱輔助激光快速加工無(wú)涂層不粘鍋的方法，該方法包括如下步驟：

3、預(yù)處理，將待加工的金屬鍋的鍋底進(jìn)行沖洗和烘干，然后水平放置于加工臺(tái)；

4、參數(shù)設(shè)置，選取大小合適的金屬線圈，在電磁感應(yīng)加熱設(shè)備上設(shè)置合適的電源參數(shù)，所述電源參數(shù)包括電壓、功率以及電流的大小和頻率；

5、高溫預(yù)熱，打開(kāi)測(cè)溫儀和所述電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)，利用電磁感應(yīng)原理給金屬鍋鍋底快速加熱；

6、激光圖案化加工，當(dāng)金屬鍋鍋底達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，控制激光加工系統(tǒng)運(yùn)行，使激光束按照設(shè)計(jì)的圖案化軌跡對(duì)金屬鍋鍋底進(jìn)行加工，得到圖案化微結(jié)構(gòu)；

7、表征測(cè)試，激光加工完畢后關(guān)掉電源，金屬鍋鍋底表面加工區(qū)會(huì)形成特定的疏水微結(jié)構(gòu)；待金屬鍋?zhàn)匀焕鋮s至室溫后，對(duì)金屬鍋鍋底表面加工區(qū)進(jìn)行表征測(cè)量，并進(jìn)行疏水性能表征。

8、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的集成控制器參數(shù)，能夠快速地、無(wú)接觸地將金屬鍋鍋底加熱至合適的溫度，然后激光加工系統(tǒng)在金屬鍋鍋底表面加工區(qū)進(jìn)行圖案化加工，加工出具有超疏水效果的微結(jié)構(gòu)，能夠快速制備出無(wú)需化學(xué)涂層的物理不粘鍋。金屬鍋鍋底的高溫預(yù)熱降低了激光燒蝕所需的能量，從而使得加工出大小、深度相似的超疏水微結(jié)構(gòu)的激光作用次數(shù)減少，加工速度提高、生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)成本降低。

9、優(yōu)選的，所述得到圖案化微結(jié)構(gòu)包括微條紋結(jié)構(gòu)、微柱子結(jié)構(gòu)、微孔洞結(jié)構(gòu)、微多邊形結(jié)構(gòu)以及復(fù)合微結(jié)構(gòu)。

10、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在金屬鍋鍋底加工區(qū)加工出特定的圖案化超疏水微結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)不粘效果。超疏水微觀結(jié)構(gòu)可以是各種形狀和大小，目的是減少食物與鍋底的實(shí)際接觸面積，促進(jìn)油脂在鍋面上的均勻分布，從而降低食物粘附的可能性。

11、優(yōu)選的，所述圖案化微結(jié)構(gòu)的大小為0.1-1000μm，深度為1-300μm。

12、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，適當(dāng)大小、深度的微結(jié)構(gòu)可減少鍋底表面本體基材與食物接觸的面積，減少食物與鍋具表面的摩擦力。同時(shí)考慮到激光加工的適用性，所選圖案化微結(jié)構(gòu)大小為0.1-1000μm，深度為1-300μm。

13、優(yōu)選的，所述控制激光加工系統(tǒng)運(yùn)行，使激光束按照設(shè)計(jì)的圖案化軌跡對(duì)金屬鍋鍋底進(jìn)行加工包括：采用激光單脈沖能量為10-50μj，脈沖寬度為15-50ns，掃描速度為10-2000mm/s，掃描次數(shù)為5-200次。

14、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，將激光束聚焦到最佳激光光斑直徑，對(duì)激光單脈沖能量、脈沖寬度、掃描速度和次數(shù)做出具體的要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬樣品的精細(xì)加工。

15、優(yōu)選的，所述金屬鍋的材料包括不銹鋼、鐵、碳鋼、鋁、合金或復(fù)合材料。

16、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所選制造不粘鍋的金屬材料具有一定的導(dǎo)電性和磁性，可以有效地響應(yīng)交變磁場(chǎng)并在材料內(nèi)部產(chǎn)生渦流，進(jìn)而通過(guò)電阻效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為熱能給金屬鍋底加熱至目標(biāo)溫度。

17、優(yōu)選的，所述利用電磁感應(yīng)原理給金屬鍋鍋底快速加熱至目標(biāo)溫度的范圍為300-1800℃。

18、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，設(shè)定的目標(biāo)溫度應(yīng)低于制造金屬鍋材料的熔點(diǎn)，防止金屬鍋直接受熱熔化。一般而言，目標(biāo)溫度越高，激光燒蝕所需的能量越低，生產(chǎn)效率越高，具體溫度要求根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求選擇。

19、優(yōu)選的，所述的激光加工系統(tǒng)包括產(chǎn)生激光的激光發(fā)生器、用于控制激光束掃描路徑的振鏡、在一定工作焦距下將所述激光束聚焦光斑的場(chǎng)鏡以及用于控制激光通斷的計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)安裝有相應(yīng)的軟件，并同時(shí)與所述激光發(fā)生器和所述振鏡通訊連接。

20、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，使用者通過(guò)激光發(fā)生器和激光振鏡來(lái)控制激光的通斷和加工路徑，并在場(chǎng)鏡的聚焦作用下，將激光束聚焦到最佳激光光斑直徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬樣品的精細(xì)加工。通過(guò)計(jì)算機(jī)上相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的加工路徑，然后利用計(jì)算機(jī)控制振鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)激光束沿著設(shè)定的路徑移動(dòng)。

21、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述激光發(fā)生器采用紫外、藍(lán)光、綠光、紅外波段的激光器，所述激光發(fā)生器的功率為1-1000w。

22、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，使用者對(duì)于特定的應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)金屬鍋材料的吸收特性、光學(xué)效應(yīng)、成本效益等加工特性，選擇合適波長(zhǎng)的激光發(fā)生器。同時(shí)，根據(jù)激光加工的效率、加工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等匹配合適功率的激光發(fā)生器，激光發(fā)生器的功率為1-1000w。

23、優(yōu)選的，所述的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備包括一定匝數(shù)的空心銅管纏繞而成的金屬線圈和集成控制器，所述的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備輸出的交變電流的頻率為20-300000hz。

24、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的集成控制器控制電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電壓、功率、電流大小與頻率等。電磁感應(yīng)加熱設(shè)備中的金屬線圈包含一定數(shù)量的匝數(shù)，并且采用具有高導(dǎo)電性、強(qiáng)抗電磁干擾能力、高熱導(dǎo)率、高延展性的金屬材質(zhì)，通常使用銅作為線圈材料。電磁感應(yīng)加熱設(shè)備輸出的交變電流頻率的選擇取決于金屬鍋材料的特性、加熱要求以及加熱設(shè)備的設(shè)計(jì)。電磁感應(yīng)加熱設(shè)備輸出的交變電流的頻率為20-300000hz，以便根據(jù)實(shí)際加工時(shí)需要的深度和效率來(lái)選擇合適的頻率。

25、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電磁感應(yīng)加熱輔助激光快速加工無(wú)涂層不粘鍋的裝置，包括：

26、預(yù)處理單元，配置用于將待加工的金屬鍋的鍋底進(jìn)行沖洗和烘干，然后水平放置于加工臺(tái)；

27、參數(shù)設(shè)置單元，配置用于選取大小合適的金屬線圈，在電磁感應(yīng)加熱設(shè)備上設(shè)置合適的電源參數(shù)，所述電源參數(shù)包括電壓、功率以及電流的大小和頻率；

28、高溫預(yù)熱單元，配置用于打開(kāi)測(cè)溫儀和所述電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)，利用電磁感應(yīng)原理給金屬鍋鍋底快速加熱；

29、激光圖案化加工單元，配置用于當(dāng)金屬鍋鍋底達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，控制激光加工系統(tǒng)運(yùn)行，使激光束按照設(shè)計(jì)的圖案化軌跡對(duì)金屬鍋鍋底進(jìn)行加工，得到圖案化微結(jié)構(gòu)；

30、表征測(cè)試單元，配置用于激光加工完畢后關(guān)掉電源，金屬鍋鍋底表面加工區(qū)會(huì)形成特定的疏水微結(jié)構(gòu)；待金屬鍋?zhàn)匀焕鋮s至室溫后，對(duì)金屬鍋鍋底表面加工區(qū)進(jìn)行表征測(cè)量，并進(jìn)行疏水性能表征。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益成果在于：

32、(1)利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的集成控制器參數(shù)，能夠快速地、無(wú)接觸地將金屬鍋鍋底加熱至合適的溫度，然后激光加工系統(tǒng)在金屬鍋鍋底表面加工區(qū)進(jìn)行圖案化加工，加工出具有超疏水效果的微結(jié)構(gòu)，能夠快速制備出無(wú)需化學(xué)涂層的物理不粘鍋。金屬鍋鍋底的高溫預(yù)熱降低了激光燒蝕所需的能量，從而使得加工出大小、深度相似的超疏水微結(jié)構(gòu)的激光作用次數(shù)減少，加工速度提高、生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)成本降低。

33、(2)適當(dāng)大小、深度的微結(jié)構(gòu)可減少鍋底表面本體基材與食物接觸的面積，減少食物與鍋具表面的摩擦力。同時(shí)考慮到激光加工的適用性，所選圖案化微結(jié)構(gòu)大小為0.1-1000μm，深度為1-300μm；將激光束聚焦到最佳激光光斑直徑，對(duì)激光單脈沖能量、脈沖寬度、掃描速度和次數(shù)做出具體的要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬樣品的精細(xì)加工。