Miltenyi Biotec ha depositato un brevetto che propone un nuovo approccio alla stampa 3D volumetrica a doppia lunghezza d’onda: invece di concentrare la luce in un piccolo punto all’interno della resina, il sistema utilizza un sottile “foglio di luce” inclinato e lo combina con un secondo fascio strutturato per controllare dove avviene la polimerizzazione. L’obiettivo è superare uno dei limiti principali delle tecnologie volumetriche attuali: ottenere contemporaneamente alta risoluzione e volumi di stampa più grandi. Il brevetto internazionale WO2025088201A1, intitolato “Methods to Improve 3D Printing Using Two-Color Polymerization”, descrive una variante della fotopolimerizzazione a due colori nella quale un primo fascio prepara temporaneamente il fotoiniziatore e un secondo fascio attiva la reazione soltanto nel punto in cui i due campi luminosi coincidono.
La tecnologia si colloca nella stessa famiglia concettuale della xolografia sviluppata da xolo GmbH, nella quale due lunghezze d’onda differenti controllano la polimerizzazione in un volume di resina senza procedere per layer. La differenza principale introdotta da Miltenyi riguarda la forma e il movimento dei campi ottici: invece di lavorare soltanto con un volume illuminato attraverso un punto focale, il brevetto propone di trasformare uno dei fasci in una superficie sottile e allungata, una sorta di piano luminoso mobile che può essere spostato attraverso una zona più ampia del materiale.
Dalla stampa layer-by-layer alla stampa volumetrica
La maggior parte delle stampanti a resina commerciali, comprese SLA, DLP e MSLA, costruisce gli oggetti attraverso una sequenza di strati.
Il ciclo tipico è:
esposizione → solidificazione del layer → separazione → movimento della piattaforma → nuovo layer.
La stampa volumetrica cerca invece di eliminare il concetto stesso di layer. L’oggetto viene definito attraverso la distribuzione spaziale della luce all’interno della resina e può formarsi simultaneamente in più punti del volume.
I vantaggi teorici sono importanti:
- assenza di linee di layer;
- proprietà potenzialmente più uniformi;
- velocità indipendente dall’altezza del pezzo;
- possibilità di creare strutture interne senza supporti tradizionali.
Il problema storico è la scalabilità.
Le tecnologie volumetriche funzionano molto bene quando il volume è piccolo e la luce può essere controllata con grande precisione. Aumentando la dimensione del pezzo, però, diventano più difficili:
- controllo ottico;
- uniformità dell’energia;
- gestione della resina;
- dissipazione del calore;
- precisione della polimerizzazione.
Il brevetto Miltenyi affronta proprio questo problema: come estendere la stampa volumetrica mantenendo una zona di polimerizzazione molto precisa.
| Tecnologia | Principio | Limite principale |
|---|---|---|
| SLA | Laser punto per punto | Velocità legata alla scansione |
| DLP | Proiezione di immagini layer | Processo stratificato |
| MSLA | Maschera LCD layer-by-layer | Tempo legato agli strati |
| CAL volumetrica | Proiezione rotazionale | Scala e gestione termica |
| Xolografia | Due colori di luce | Volume e ottica complessi |
| Miltenyi TWI | Foglio di luce + secondo fascio | Complessità ottica |
La doppia lunghezza d’onda controlla la reazione chimica
Il principio alla base è chiamato two-color polymerization.
La resina contiene un sistema fotoiniziatore progettato per rispondere a due stimoli differenti.
Un primo fascio luminoso porta il fotoiniziatore in uno stato intermedio “preparato”. La polimerizzazione non avviene ancora completamente.
Il secondo fascio, con una lunghezza d’onda diversa, fornisce l’attivazione finale.
La reazione avviene quindi soltanto dove i due fasci si incontrano nello spazio.
In termini semplificati:
luce A → prepara il materiale
luce B → completa l’attivazione
=
polimerizzazione solo nella zona d’intersezione.
Questo permette un controllo tridimensionale molto più preciso rispetto a un singolo fascio che indurisce direttamente tutto ciò che attraversa.
Il problema dei sistemi volumetrici è mantenere confinata la zona attiva
La preparazione temporanea del fotoiniziatore introduce però un problema.
Lo stato intermedio non dura per sempre. Se il materiale rimane attivato troppo a lungo prima di incontrare il secondo fascio, la polimerizzazione può iniziare anche fuori dalla posizione desiderata.
Il risultato sarebbe una perdita di risoluzione:
- bordi meno netti;
- dettagli persi;
- strutture indesiderate nella resina.
Miltenyi propone quindi di muovere i due campi luminosi insieme, riducendo il tempo nel quale il materiale rimane in quello stato intermedio.
Il foglio di luce diventa così una sorta di “zona di preparazione” mobile, mentre il secondo fascio determina il disegno finale.
La novità principale è il Tilted Waist Illumination
Il brevetto introduce il concetto di Tilted Waist Illumination (TWI).
In un sistema ottico tradizionale il punto di massima concentrazione del fascio è relativamente simmetrico. Miltenyi propone invece di generare un “waist” allungato, cioè una regione nella quale il fascio mantiene determinate caratteristiche lungo una distanza maggiore.
Questa zona può anche essere inclinata rispetto all’asse ottico.
Il vantaggio è geometrico:
un punto luminoso è estremamente preciso ma piccolo;
un foglio luminoso inclinato può coprire una regione più ampia mantenendo una zona attiva controllata.
Il sistema può quindi aumentare la dimensione utile della stampa senza semplicemente ingrandire tutte le ottiche.
| Approccio ottico | Caratteristica |
|---|---|
| Punto focale tradizionale | Alta precisione, volume ridotto |
| Fascio largo | Grande area, minore precisione |
| Light sheet | Zona sottile estesa |
| Tilted waist illumination | Foglio inclinato con controllo della zona attiva |
Il primo fascio diventa una “lama” di polimerizzazione potenziale
Il brevetto descrive una configurazione nella quale il primo fascio assume la forma di un light sheet, cioè una sottile superficie luminosa.
Il secondo fascio può essere generato, ad esempio, attraverso un sistema di proiezione strutturata.
Il risultato può essere immaginato come un incrocio:
- il foglio definisce una regione tridimensionale nella quale il materiale è pronto a reagire;
- il fascio strutturato decide il disegno che deve solidificare.
Muovendo insieme i due elementi, la macchina può costruire geometrie più grandi mantenendo una zona di interazione molto localizzata.
Il sistema potrebbe stampare su superfici elettroniche e dispositivi integrati
Un aspetto interessante del brevetto è che non sembra pensato soltanto per oggetti tridimensionali isolati.
La documentazione cita anche applicazioni come:
- stampa su superfici al silicio;
- realizzazione di stampi persi;
- integrazione con dispositivi microfluidici;
- aggiunta di strutture direttamente su circuiti.
Questo apre uno scenario diverso dalla classica stampa 3D desktop.
La tecnologia potrebbe essere interessante per:
- microfabbricazione;
- dispositivi biomedicali;
- elettronica avanzata;
- sistemi lab-on-chip.
Miltenyi Biotec arriva dalla biotecnologia, non dalla stampa 3D tradizionale
Miltenyi Biotec è conosciuta soprattutto per strumenti e tecnologie nel campo della ricerca biologica, della separazione cellulare, dell’immunologia e delle terapie cellulari.
L’interesse per la stampa 3D volumetrica è quindi coerente con applicazioni dove microstrutture precise possono avere valore:
- dispositivi per colture cellulari;
- sistemi microfluidici;
- strutture biologiche artificiali;
- componenti per ricerca medica.
La tecnologia non nasce necessariamente con l’obiettivo di competere con una stampante FDM o una macchina SLA industriale per parti meccaniche.
Il possibile mercato iniziale potrebbe essere molto più vicino alla microfabbricazione biomedicale.
Il brevetto è vicino alla xolografia, ma cambia il modo di scalare il processo
La xolografia di xolo utilizza anch’essa la polimerizzazione a due colori.
Il principio generale è:
- un fascio porta il fotoiniziatore allo stato attivo;
- un secondo fascio completa la reazione;
- la solidificazione avviene nel punto d’intersezione.
La sfida di xolo e dei sistemi simili è ottenere contemporaneamente:
- velocità;
- risoluzione;
- volume.
Miltenyi non propone una chimica completamente diversa. La differenza riguarda soprattutto la gestione ottica del volume attivo.
Invece di aumentare semplicemente la potenza o la dimensione del punto focale, il brevetto cerca di allungare intelligentemente la zona utile di esposizione.
La stampa volumetrica elimina i supporti, ma non tutti i problemi
Uno dei vantaggi più citati della stampa volumetrica è l’assenza dei supporti.
Poiché l’oggetto nasce all’interno di un volume di resina liquida, non deve essere costruito necessariamente dal basso verso l’alto.
Questo può permettere geometrie molto complesse:
- strutture cave;
- reticoli interni;
- canali;
- oggetti sospesi.
Restano però altri problemi:
- proprietà della resina;
- ritiro durante la polimerizzazione;
- post-curing;
- rimozione della resina non polimerizzata;
- controllo termico.
La velocità della luce non elimina automaticamente le problematiche dei materiali.
Il controllo termico potrebbe diventare critico anche in questo approccio
La fotopolimerizzazione libera calore.
In piccoli volumi questo è generalmente gestibile. Quando aumenta il volume di materiale polimerizzato simultaneamente, il calore può diventare un problema.
La reazione esotermica può accelerare ulteriormente la cinetica e portare a:
- perdita di precisione;
- polimerizzazione indesiderata;
- variazione delle proprietà.
Altre ricerche sulla stampa volumetrica, come quelle basate su CAL, hanno già identificato la gestione termica come uno dei principali limiti per aumentare le dimensioni dei pezzi.
Il brevetto Miltenyi affronta soprattutto il problema ottico; una macchina reale dovrebbe comunque risolvere anche quello termico.
Il valore del light sheet è aumentare una dimensione senza ingrandire tutto
Un sistema ottico tradizionale per aumentare il volume di stampa potrebbe richiedere:
- lenti più grandi;
- maggiore potenza;
- maggiore precisione di allineamento.
Miltenyi propone invece un principio differente:
allungare la zona utile e scansionarla.
È una strategia simile a quella utilizzata in altri campi della microscopia e della lavorazione laser, dove un fascio opportunamente modellato permette di trattare aree più grandi mantenendo caratteristiche controllate.
La sfida è ottenere uniformità lungo tutta la lunghezza del foglio luminoso.
La distorsione ottica diventa un problema fondamentale
Un foglio di luce inclinato non è una soluzione semplice.
Quando un fascio attraversa:
- finestre;
- fluidi;
- resine;
- superfici inclinate,
può subire rifrazione e distorsione.
Il sistema deve quindi compensare:
- posizione del piano inclinato;
- variazioni del fuoco;
- sincronizzazione dei movimenti;
- deformazione dell’immagine.
Il brevetto cita configurazioni con geometrie ottiche specifiche e sistemi di scansione proprio per controllare questi effetti.
Il sistema potrebbe essere particolarmente interessante per wafer e microelettronica
Tra le applicazioni descritte compare la stampa su superfici elettroniche come wafer con circuiteria CMOS.
Questo scenario è interessante perché nella microelettronica il valore non sta nel volume del materiale depositato, ma nella precisione con cui una struttura tridimensionale può essere aggiunta a una superficie esistente.
Possibili applicazioni future potrebbero includere:
- microcanali;
- strutture ottiche;
- packaging avanzato;
- dispositivi fluidici integrati.
Sono però applicazioni ancora allo stadio brevettuale.
La tecnologia potrebbe spostare la stampa 3D verso una logica “fabbricazione di funzioni”
La stampa 3D tradizionale viene spesso descritta come produzione di oggetti.
Nella microfabbricazione, invece, l’obiettivo può essere aggiungere una funzione:
- un canale per un fluido;
- una lente;
- un supporto cellulare;
- un’interfaccia biologica;
- una connessione.
In questi casi il valore del componente può essere enorme rispetto alla quantità di materiale utilizzata.
È proprio il tipo di applicazione nel quale una tecnologia volumetrica ad alta precisione può trovare un vantaggio economico.
Il brevetto cita anche stampi persi per microfusione
Un altro scenario interessante è l’utilizzo della stampa volumetrica per creare lost molds, cioè stampi sacrificabili.
La sequenza potrebbe essere:
- stampa di una geometria complessa in resina;
- utilizzo come modello;
- formazione dello stampo;
- rimozione o combustione del materiale;
- fusione del componente finale.
Questo collega la stampa volumetrica con processi produttivi tradizionali ad alta precisione.
La possibilità di generare rapidamente microstrutture complesse potrebbe essere interessante per gioielleria tecnica, biomedicale e componenti specializzati.
Il brevetto non significa che Miltenyi abbia già una stampante commerciale
Come sempre con la proprietà intellettuale, occorre distinguere:
tecnologia brevettata
da
prodotto disponibile.
WO2025088201A1 descrive un metodo e apparati possibili, ma non annuncia una macchina venduta sul mercato.
Non sono pubblicati:
- prezzo;
- volume massimo reale;
- velocità commerciale;
- durata delle ottiche;
- materiali certificati;
- clienti industriali.
Il brevetto mostra una direzione tecnologica, non un prodotto finito.
La vera sfida sarà portare la volumetrica fuori dai piccoli laboratori
La stampa volumetrica ha già dimostrato capacità impressionanti in ricerca.
Il passaggio difficile è industrializzare:
- ottiche complesse;
- resine dedicate;
- calibrazione;
- ripetibilità;
- controllo qualità.
Un sistema che stampa un piccolo componente perfetto in laboratorio può essere molto diverso da una macchina che produce migliaia di parti con tolleranze costanti.
Il brevetto Miltenyi affronta uno dei nodi principali: aumentare la dimensione della zona attiva senza perdere precisione.
La strada scelta è diversa dall’aumentare semplicemente la risoluzione
Nel mondo della stampa 3D spesso il miglioramento viene associato a:
- pixel più piccoli;
- laser più fini;
- layer più sottili.
Miltenyi segue una direzione opposta.
L’obiettivo non è rendere il punto più piccolo, ma rendere la zona di stampa più estesa mantenendo il controllo locale della reazione.
È un cambio di prospettiva:
non più “più piccolo per essere più preciso”
ma
“più grande mantenendo una zona di precisione controllata.”
Se funzionerà, la stampa volumetrica potrebbe entrare in nuovi mercati
La tecnologia non sostituirà probabilmente le stampanti FDM o SLA per uso generale.
Il suo possibile spazio è diverso:
- microfabbricazione;
- biomedicale;
- elettronica;
- ottica;
- dispositivi fluidici;
- componenti ad alto valore.
Il vantaggio non sarà produrre migliaia di supporti industriali economici, ma realizzare strutture che oggi richiedono molte fasi di fabbricazione.
Il brevetto Miltenyi mostra una delle direzioni più interessanti della prossima generazione di additive manufacturing
La stampa 3D volumetrica è da anni una delle aree più promettenti della fotopolimerizzazione perché promette di superare il paradigma del layer.
Il problema è sempre stato lo stesso: come mantenere la precisione quando il volume cresce.
La soluzione proposta da Miltenyi non è semplicemente “più luce”, ma una gestione più intelligente della luce.
Attraverso two-color polymerization, light sheet e Tilted Waist Illumination, il brevetto cerca di trasformare una piccola zona di reazione controllata in una regione più ampia e mobile.
Non sappiamo ancora se questa architettura arriverà a una macchina commerciale o quali saranno le prestazioni reali. Ma il principio è significativo perché affronta uno dei limiti fondamentali della stampa volumetrica: la possibilità di aumentare la scala senza perdere il controllo microscopico della polimerizzazione.
Se questa strada avrà successo, il futuro della stampa 3D in resina potrebbe non essere soltanto fatto di layer più veloci, ma di volumi interi che vengono costruiti attraverso campi luminosi programmati nello spazio.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
