电子束熔融高压电源动态调节方法

电子束熔融增材过程中，材料熔融状态的实时变化对高压电源输出提出了动态调节需求。当熔融池温度波动、粉末进给量变化或电子枪扫描速度调整时，若电源输出参数无法及时响应，易导致熔融不充分或过度熔融，影响构件力学性能。因此，动态调节方法需实现输出参数的快速、精准适配。
硬件层面，采用 SiC MOSFET 功率器件构建高频变换电路，开关频率提升至 100kHz 以上，缩短参数调节延迟，使电压调节响应时间≤30μs、电流调节响应时间≤20μs；同时引入多通道采样模块，实时采集熔融池温度（通过红外测温）、束流强度、加速电压等信号，采样频率达 1kHz，为动态调节提供数据支撑。
软件算法是动态调节的核心，设计自适应 PID 调节算法：基于历史采样数据建立负载变化预测模型，当检测到熔融池温度上升趋势时，提前降低加速电压（调节幅度 0.5-2kV），避免过度熔融；当粉末进给量增加时，自动提升束流（调节幅度 1-5mA），确保熔融效率。针对突发负载扰动，如粉末团聚导致的瞬时负载增大，引入模糊控制策略，通过模糊规则库快速匹配调节参数，抑制输出波动，使电压波动范围控制在 ±0.2% 以内。
此外，构建动态调节与工艺参数的联动机制：将电子束扫描路径、层厚等工艺参数纳入调节逻辑，当打印层厚从 0.1mm 增至 0.3mm 时，自动将加速电压从 18kV 提升至 22kV，束流从 20mA 提升至 35mA，实现 “工艺 - 电源” 协同调节。通过实验验证，采用该动态调节方法后，打印件致密度提升至 99.2%，拉伸强度波动范围缩小至 ±5MPa，显著提升了熔融增材的工艺稳定性。