電子束熔融高壓電源動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法

電子束熔融增材過程中，材料熔融狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化對(duì)高壓電源輸出提出了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)需求。當(dāng)熔融池溫度波動(dòng)、粉末進(jìn)給量變化或電子槍掃描速度調(diào)整時(shí)，若電源輸出參數(shù)無法及時(shí)響應(yīng)，易導(dǎo)致熔融不充分或過度熔融，影響構(gòu)件力學(xué)性能。因此，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法需實(shí)現(xiàn)輸出參數(shù)的快速、精準(zhǔn)適配。
硬件層面，采用 SiC MOSFET 功率器件構(gòu)建高頻變換電路，開關(guān)頻率提升至 100kHz 以上，縮短參數(shù)調(diào)節(jié)延遲，使電壓調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間≤30μs、電流調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間≤20μs；同時(shí)引入多通道采樣模塊，實(shí)時(shí)采集熔融池溫度（通過紅外測溫）、束流強(qiáng)度、加速電壓等信號(hào)，采樣頻率達(dá) 1kHz，為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐。
軟件算法是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的核心，設(shè)計(jì)自適應(yīng) PID 調(diào)節(jié)算法：基于歷史采樣數(shù)據(jù)建立負(fù)載變化預(yù)測模型，當(dāng)檢測到熔融池溫度上升趨勢時(shí)，提前降低加速電壓（調(diào)節(jié)幅度 0.5-2kV），避免過度熔融；當(dāng)粉末進(jìn)給量增加時(shí)，自動(dòng)提升束流（調(diào)節(jié)幅度 1-5mA），確保熔融效率。針對(duì)突發(fā)負(fù)載擾動(dòng)，如粉末團(tuán)聚導(dǎo)致的瞬時(shí)負(fù)載增大，引入模糊控制策略，通過模糊規(guī)則庫快速匹配調(diào)節(jié)參數(shù)，抑制輸出波動(dòng)，使電壓波動(dòng)范圍控制在 ±0.2% 以內(nèi)。
此外，構(gòu)建動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與工藝參數(shù)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制：將電子束掃描路徑、層厚等工藝參數(shù)納入調(diào)節(jié)邏輯，當(dāng)打印層厚從 0.1mm 增至 0.3mm 時(shí)，自動(dòng)將加速電壓從 18kV 提升至 22kV，束流從 20mA 提升至 35mA，實(shí)現(xiàn) “工藝 - 電源” 協(xié)同調(diào)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用該動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法后，打印件致密度提升至 99.2%，拉伸強(qiáng)度波動(dòng)范圍縮小至 ±5MPa，顯著提升了熔融增材的工藝穩(wěn)定性。