電子束熔融高壓電源動態調節方法

電子束熔融增材過程中，材料熔融狀態的實時變化對高壓電源輸出提出了動態調節需求。當熔融池溫度波動、粉末進給量變化或電子槍掃描速度調整時，若電源輸出參數無法及時響應，易導致熔融不充分或過度熔融，影響構件力學性能。因此，動態調節方法需實現輸出參數的快速、精準適配。
硬件層面，采用 SiC MOSFET 功率器件構建高頻變換電路，開關頻率提升至 100kHz 以上，縮短參數調節延遲，使電壓調節響應時間≤30μs、電流調節響應時間≤20μs；同時引入多通道采樣模塊，實時采集熔融池溫度（通過紅外測溫）、束流強度、加速電壓等信號，采樣頻率達 1kHz，為動態調節提供數據支撐。
軟件算法是動態調節的核心，設計自適應 PID 調節算法：基于歷史采樣數據建立負載變化預測模型，當檢測到熔融池溫度上升趨勢時，提前降低加速電壓（調節幅度 0.5-2kV），避免過度熔融；當粉末進給量增加時，自動提升束流（調節幅度 1-5mA），確保熔融效率。針對突發負載擾動，如粉末團聚導致的瞬時負載增大，引入模糊控制策略，通過模糊規則庫快速匹配調節參數，抑制輸出波動，使電壓波動范圍控制在 ±0.2% 以內。
此外，構建動態調節與工藝參數的聯動機制：將電子束掃描路徑、層厚等工藝參數納入調節邏輯，當打印層厚從 0.1mm 增至 0.3mm 時，自動將加速電壓從 18kV 提升至 22kV，束流從 20mA 提升至 35mA，實現 “工藝 - 電源” 協同調節。通過實驗驗證，采用該動態調節方法后，打印件致密度提升至 99.2%，拉伸強度波動范圍縮小至 ±5MPa，顯著提升了熔融增材的工藝穩定性。