В НГУ разрабатывают настольный плазменный активатор для 3D-печати и электроники

Разработку ведет студент четвертого курса Физического факультета Новосибирского государственного университета Андрей Орлов, который при поддержке стартап-студии НГУ стал победителем конкурса «Студенческий стартап» с проектом по созданию настольного плазменного активатора поверхностей. Прибор предназначен для подготовки деталей и плат к покраске, склейке и пайке с помощью холодной плазмы, без использования вакуума, газовых баллонов и химических реагентов. Разработка ведется в рамках гранта Фонда содействия инновациям, средства которого направлены на создание рабочего прототипа устройства.

Интерес к плазменным технологиям возник у студента во время работы в лаборатории 4.2 Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе, где он занимался численным моделированием плазмы. Вместе с двумя одногруппниками он подготовил доклад на Международную научную студенческую конференцию, которая ежегодно проходит в НГУ.

В какой-то момент мне стало интересно, где и как еще используют плазму. Почитав научные статьи, я наткнулся на термин «диэлектрический барьерный разряд». Меня заинтересовала эта тема, потому что разряд возникает вообще без вакуума. Также я прочитал статьи про антимикробную обработку через активные частицы — это смежная область, но она очень сильно развила интерес, мне показалось, это очень перспективно, — рассказал Орлов.

Выбор конкретной ниши — подготовка поверхностей пластиковых деталей и плат — был обусловлен практической потребностью: у коллеги-одногруппника есть 3D-принтер, и проблема плохой адгезии (сцепления) краски и клея к напечатанным деталям — это ежедневная задача, с которой сталкиваются все, у кого нет вакуумного оборудования.

В основе разрабатываемого прибора — диэлектрический барьерный разряд, который зажигается прямо в воздухе при обычном атмосферном давлении. Между металлическим электродом, закрытым керамическим или стеклянным диэлектриком, и обрабатываемой деталью выдерживается зазор 3–5 мм, после чего подается переменное высокое напряжение до 10 кВ частотой 10–20 кГц. В зазоре возникает холодная плазма — газ остается комнатной температуры, деталь не нагревается и не плавится, а на ее поверхности образуются активные частицы, которые делают материал смачиваемым.

Ставите свою деталь в камеру — и через выбранное время поверхность становится смачиваемой: краска, клей и покрытия держатся в разы лучше, — пояснил разработчик.

Прямых российских аналогов настольного атмосферного плазменного активатора с закрытой камерой и автоматическим циклом пока нет, отметили в НГУ. Зарубежные автоматизированные решения — это либо вакуумные системы, либо установки, требующие газовых баллонов. Они крупногабаритные и дорогостоящие — цена варьируется от 600 тыс. до 1,6 млн руб., не экологичные, так как при работе с ними применяются химические реагенты и растворители. Кроме того, для их использования и обслуживания необходим специально обученный персонал. Существующие ручные активаторы позволяют производить только точечную обработку и не подходят для работы с платами и партиями деталей.

Отличие разрабатываемой нами установки состоит в том, что мы работаем при обычном атмосферном давлении, без вакуума и газа, в закрытой камере с повторяемым циклом по таймеру, — подчеркнул Андрей Орлов.

Проект реализует команда из трех студентов Физфака НГУ, все они также являются сотрудниками лаборатории 4.2 Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе. Научный руководитель — кандидат физико-математических наук Владимир Александрович Андрющенко.

Андрей Орлов (кафедра физики технических систем, ФТИ) выступает руководителем проекта, занимается разрядной системой и проводит испытания. Павел Коваленко (кафедра автоматизации физико-технических исследований, АФТИ) отвечает за конструкцию — корпус, сборку, держатели образцов. Лев Квасников (кафедра АФТИ) занимается схемотехникой, в первую очередь высоковольтным преобразователем: у него уже был опыт сборки подобных ZVS-преобразователей.

Работа над проектом ведется с начала 2026 г. Сейчас команда закрыла первый этап: разработано и рассчитано техническое задание, готова принципиальная схема высоковольтного преобразователя и концепция разрядной системы, проведены консультации с экспертами, чтобы проверить соответствие параметров будущего устройства предъявляемым требованиям.

Средства гранта будут направлены на зарплату команды, закупку материалов для сборки, измерительное оборудование, а также на оплату услуг внешних подрядчиков — изготовление плат, помощь патентного поверенного для подачи заявки на полезную модель и бухгалтерское сопровождение.

К концу срока действия гранта должны быть готовы и испытаны рабочие прототипы. Ближайшая цель — довести прототип до уровня, на котором он решает заявленную задачу. Дальше — запуск пилотных установок у нескольких партнеров и продажи, — рассказал Орлов.

Плазменный активатор востребован в приборостроении и микроэлектронике, на малых производствах и в мастерских, работающих с пластиком и композитами. Отдельная ниша — 3D-печать, поскольку детали с принтера часто плохо красятся и клеятся без подготовки поверхности.

Сейчас у наших потенциальных потребителей выбор стоит между не самой безопасной химией и дорогим импортным вакуумным оборудованием. Мы же предлагаем им доступное альтернативное решение, — резюмировал Андрей Орлов.

Проект поддержал Фонд содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».

Ученые НГУ запатентовали катализатор для превращения пластика в моторное топливо