ATLANT 3D sta ampliando il proprio portafoglio di proprietà intellettuale attorno a una concezione della produzione additiva molto diversa dalla stampa 3D convenzionale: invece di estrudere polimeri, fondere polveri metalliche o polimerizzare resine, l’azienda danese utilizza reazioni chimiche superficiali controllate per depositare, rimuovere o modificare materiale con incrementi estremamente piccoli. Una nuova domanda di brevetto internazionale, indicata da Fabbaloo con il numero WO2026180515, descrive una testina capace di gestire più fluidi e una serie di micro-ugelli per eseguire localmente processi riconducibili all’Atomic Layer Deposition, all’Atomic Layer Etching e ad altre lavorazioni di superficie. L’idea è avvicinare alcune tecniche tradizionalmente utilizzate nell’industria dei semiconduttori a un funzionamento più simile a quello di una macchina utensile digitale: invece di trattare uniformemente l’intero wafer all’interno di una camera, la testina viene indirizzata soltanto nelle zone nelle quali è necessario depositare o rimuovere materiale.
È però necessario chiarire immediatamente un punto. Parlare di “stampa 3D atomica” non significa che la macchina possa costruire liberamente qualsiasi oggetto tridimensionale posizionando singoli atomi nello spazio. L’Atomic Layer Deposition consente un controllo estremamente fine dello spessore del materiale grazie a reazioni superficiali auto-limitanti, ma la risoluzione laterale del pattern dipende da fattori completamente differenti: dimensione e geometria degli ugelli, distanza dal substrato, diffusione dei gas, flussi, movimento della piattaforma e chimica della superficie. Precisione atomica nello spessore e risoluzione nanometrica nel piano non sono quindi sinonimi.
Come funziona realmente l’Atomic Layer Deposition
L’Atomic Layer Deposition, o ALD, è una variante della deposizione chimica da fase vapore nella quale la crescita del film viene controllata attraverso una sequenza di reazioni superficiali. In un processo ALD classico viene introdotto un primo precursore. Le molecole reagiscono con i siti disponibili sulla superficie fino a saturarli; una volta occupati questi siti, la reazione tende ad arrestarsi. Il materiale in eccesso viene quindi eliminato attraverso evacuazione e purge con un gas inerte. Successivamente viene introdotto un secondo reagente, che reagisce con lo strato precedente, seguito da un nuovo purge. Ripetendo centinaia o migliaia di questi cicli si ottiene progressivamente il film desiderato.
Il vantaggio dell’ALD non è quindi una genericamente definita “precisione della stampante”, ma il comportamento auto-limitante delle reazioni. Per molte chimiche, ogni ciclo aggiunge soltanto una frazione di nanometro di materiale. Questo permette un controllo estremamente preciso dello spessore e una notevole conformalità anche su superfici tridimensionali complesse.
Il limite è la produttività. Se un ciclo deposita soltanto una piccolissima quantità di materiale, costruire uno spessore dell’ordine dei micrometri può richiedere migliaia di cicli. L’ALD tradizionale è quindi eccezionale per film sottili, rivestimenti funzionali e strutture microelettroniche, ma non è una tecnologia competitiva per costruire centimetri cubi di materiale come farebbe una stampante FDM, LPBF o Binder Jetting.
Temporal ALD e Spatial ALD: la differenza è fondamentale
Nel cosiddetto Temporal ALD, i diversi precursori arrivano nello stesso spazio in momenti differenti: precursore A, purge, reagente B, purge. La separazione chimica è quindi ottenuta nel tempo. Lo svantaggio è che le fasi di introduzione ed evacuazione dei gas possono rallentare il processo.
Nello Spatial ALD, invece, i diversi reagenti vengono mantenuti fisicamente separati in zone differenti. Il substrato, o la testina, si sposta attraverso queste zone ricevendo in sequenza i diversi trattamenti. In teoria è quindi possibile eliminare buona parte dei tempi morti necessari per riempire e svuotare una grande camera.
È su questo principio che si basa una parte significativa dell’attività di ATLANT 3D. La società definisce la propria tecnologia DALP, Direct Atomic Layer Processing, e punta a localizzare il trattamento su aree selezionate. Precursori, reagenti e gas inerti vengono indirizzati verso una piccola regione del substrato, mentre sistemi di aspirazione devono impedire che le sostanze chimiche non reagite contaminino le zone adiacenti o si mescolino prematuramente.
Tre fluidi non significano necessariamente tre liquidi
L’espressione “multi-fluid printing” utilizzata per descrivere il brevetto può generare un’altra interpretazione errata. Nel linguaggio brevettuale utilizzato da ATLANT 3D, “fluid” comprende anche gas e vapori. Nei processi ALD i precursori vengono infatti generalmente trasportati verso il substrato allo stato gassoso o sotto forma di vapore.
La configurazione descritta comprende tipicamente un primo precursore, un secondo precursore o reagente e un fluido inerte, ad esempio argon. Gli scarichi collocati attorno alle aperture aspirano le specie che non hanno reagito. Il risultato è quindi più vicino a una micro-testina chimica che a una testina inkjet contenente tre inchiostri.
Nei brevetti precedenti di ATLANT 3D sono descritte sia configurazioni nelle quali precursori e gas inerte utilizzano aperture separate sia modalità nelle quali differenti sostanze possono attraversare sequenzialmente la stessa apertura. La separazione è essenziale perché molti precursori ALD non devono reagire fra loro prima di raggiungere la superficie: se venissero mescolati indiscriminatamente all’interno della testina, si perderebbe proprio il meccanismo di reazione superficiale controllata alla base dell’ALD.
La nuova testina punta sulla modularità
Secondo la descrizione riportata da Fabbaloo della domanda WO2026180515, uno degli elementi più interessanti è la separazione fra il corpo principale della testina e la piastra nella quale vengono realizzate le aperture. Una piastra può quindi essere sostituita con un’altra dotata di un diverso diametro degli ugelli o di una differente configurazione.
I materiali indicati per queste parti comprendono ceramiche e materiali adatti agli ambienti chimicamente aggressivi, tra cui allumina, carburo di silicio, nitruro di silicio, quarzo e biossido di silicio.
La modularità potrebbe permettere di scegliere un compromesso differente fra risoluzione e produttività. Aperture più piccole possono concentrare il trattamento su zone più ristrette, mentre array contenenti più ugelli possono lavorare contemporaneamente su una superficie maggiore. Il brevetto contempla inoltre configurazioni lineari, triangolari o curve.
Non è però sufficiente diminuire il diametro dell’apertura per ottenere automaticamente una linea della stessa dimensione. Il materiale viene trasportato attraverso un gas e deve raggiungere una superficie separata fisicamente dalla testina. Diffusione, pressione, velocità del flusso, distanza nozzle-substrate e cinetica della reazione determinano quindi la dimensione effettiva della regione trattata.
Il brevetto cita i nanometri, ma le prestazioni commerciali sono molto differenti
È qui che occorre distinguere con maggiore attenzione la portata di una domanda di brevetto da una specifica tecnica dimostrata. Fabbaloo riporta che la documentazione della nuova domanda contempla una risoluzione di pattern compresa indicativamente fra 20 nm e 1 mm, a seconda delle dimensioni delle aperture e della distanza dal substrato. La stessa fonte precisa tuttavia che le immagini presenti nel documento dimostrano soprattutto la deposizione simultanea di più linee e non provano sperimentalmente tutte le combinazioni di materiali, geometrie e risoluzioni incluse nelle rivendicazioni.
La situazione diventa ancora più chiara confrontando il brevetto con le informazioni pubblicate direttamente da ATLANT 3D sulla tecnologia DALP. Al 18 settembre 2026, l’azienda indica pubblicamente una line width di circa 400 µm come capacità corrente, circa 25 µm in sviluppo e 1 µm come obiettivo di lungo periodo.
Questi valori sono enormemente superiori a 20 nm.
Non c’è necessariamente una contraddizione giuridica: un brevetto può descrivere varianti e intervalli molto più ampi delle prestazioni disponibili in un prodotto commerciale. Dal punto di vista editoriale e tecnico, però, significa che sarebbe scorretto affermare che ATLANT 3D disponga già di una stampante commerciale capace di disegnare strutture laterali da 20 nm.
| Parametro | Stato |
|---|---|
| Controllo dello spessore tramite ALD | scala atomica/sub-nanometrica possibile a seconda della chimica |
| Larghezza linea pubblicamente dichiarata da ATLANT 3D | circa 400 µm |
| Larghezza indicata “in sviluppo” | circa 25 µm |
| Obiettivo di lungo periodo dichiarato | circa 1 µm |
| Range 20 nm–1 mm riportato nella nuova domanda | intervallo brevettuale, non prestazione commerciale dimostrata |
| Costruzione libera di oggetti macroscopici atom-by-atom | non dimostrata |
Questa distinzione è essenziale: controllo atomico dello spessore ≠ risoluzione laterale atomica ≠ accuratezza dimensionale atomica.
La tecnologia ATLANT 3D esiste già, ma il nuovo brevetto amplia il concetto
La nuova domanda non nasce da un progetto puramente teorico. ATLANT 3D, fondata nel 2018, ha già sviluppato sistemi NANOFABRICATOR basati sulla propria piattaforma DALP e dispone di un precedente portafoglio brevettuale.
Un brevetto centrale, US 12,049,700 B2, “Atomic layer process printer”, è stato concesso negli Stati Uniti il 30 luglio 2024 sulla base di una famiglia con priorità al 4 giugno 2019. Gli inventori indicati comprendono Maksym Plakhotnyuk, Ole Hansen, Anja Boisen, Tomas Rindzevicius, Ivan Kundrata, Karol Fröhlich e Julien Bachmann. La stessa famiglia comprende protezioni in altre giurisdizioni, fra cui Singapore e Giappone.
Quel brevetto descrive già un sistema nel quale un substrato e una testina possono muoversi relativamente lungo X, Y e Z e prevedere rotazione e inclinazione. Sono inoltre descritti un primo precursore, un secondo precursore e un gas inerte, insieme a sistemi di aspirazione per rimuovere le specie non depositate.
La possibilità di inclinare il substrato è significativa perché una delle limitazioni delle apparecchiature tradizionali per thin-film processing è il loro orientamento verso wafer essenzialmente planari. Mantenere la testina orientata rispetto a una superficie tridimensionale potrebbe permettere invece di trattare selettivamente superfici curve o componenti già parzialmente fabbricati.
ATLANT 3D sta sviluppando anche deposizione ed etching nella stessa architettura
Il portafoglio brevettuale dell’azienda si sta inoltre ampliando in direzione di testine multifunzionali. Nel gennaio 2026 negli Stati Uniti è stato concesso il brevetto US 12,515,403 B1, relativo a una “Multifunctional deposition nozzle for additive manufacturing”. La tecnologia descritta può supportare all’interno della stessa architettura processi di Atomic Layer Deposition, Chemical Vapor Deposition e Sequential Infiltration Synthesis.
Una domanda internazionale pubblicata nell’aprile 2026, WO2026084705A1, riguarda invece una testina multifunzionale per la rimozione selettiva di film mediante Atomic Layer Etching e Chemical Vapor Etching. Questa domanda risulta ancora pendente e non deve quindi essere confusa con un brevetto già concesso.
La direzione tecnologica appare abbastanza chiara: ATLANT 3D mira a realizzare una piattaforma nella quale la stessa macchina possa aggiungere materiale, rimuoverlo, modificare superfici e alternare materiali differenti senza trasferire continuamente il componente fra molte apparecchiature.
Per microelettronica e nanofabbricazione questo concetto può essere più significativo della semplice analogia con una stampante 3D.
Deposizione e sottrazione atomica nello stesso processo
L’Atomic Layer Etching, ALE, può essere considerato in maniera semplificata il corrispettivo sottrattivo dell’ALD. Invece di aggiungere progressivamente materia, il processo modifica chimicamente lo strato superficiale e rimuove quantità estremamente controllate di materiale.
L’integrazione di ALD e ALE potrebbe consentire processi ibridi nei quali una struttura viene depositata, successivamente rifinita o aperta localmente e poi ricoperta con un materiale differente. Questo sarebbe particolarmente interessante per MEMS, sensori, dispositivi fotonici, microfluidica, packaging avanzato, elettronica RF e alcuni dispositivi quantistici.
È però ancora improprio immaginare una sorta di micro-fresatrice atomica universale. Ogni processo dipende dalla chimica specifica del materiale. Una sequenza che funziona per un ossido non funziona automaticamente per un metallo, un nitruro o un semiconduttore.
“450 materiali” non significa che 450 materiali siano già qualificati sulla macchina
ATLANT 3D indica nelle proprie comunicazioni una base potenziale di oltre 450 materiali compatibili con chimiche ALD. Il numero deve essere interpretato correttamente. Non significa che l’azienda abbia necessariamente sviluppato, validato e qualificato 450 processi differenti sul NANOFABRICATOR.
L’ALD possiede una letteratura molto estesa e sono note centinaia di combinazioni di precursori e materiali depositabili. Trasferire una chimica su una piattaforma di direct processing richiede però ottimizzazione di temperatura, flussi, tempo di esposizione, distanza dalla superficie, purge, contaminazione e uniformità.
La stessa ATLANT 3D formula il dato facendo riferimento al numero di materiali ALD potenzialmente processabili e specifica che materiali multipli possono essere depositati in sequenza. È quindi più corretto parlare di ampiezza teorica dell’ecosistema ALD che di un catalogo di 450 materiali industrialmente qualificati.
Temperatura, velocità e geometria: i dati dichiarati da ATLANT 3D
Per la propria piattaforma DALP, ATLANT 3D dichiara un intervallo operativo che può andare dalla temperatura ambiente fino a circa 300 °C, a seconda della chimica utilizzata. La velocità di movimento indicata varia approssimativamente da 0,1 a 100 mm/s, ma l’azienda precisa che il valore dipende dal campione e dalle specifiche del processo.
Anche questi dati non rappresentano automaticamente la produttività di deposizione. Spostare una testina a 100 mm/s non significa depositare a quella velocità un determinato spessore di qualsiasi materiale. La crescita effettiva dipende dal numero di cicli necessario e dal growth-per-cycle della specifica reazione.
L’azienda dichiara inoltre la possibilità di lavorare in condizioni atmosferiche aperte oppure all’interno di ambienti controllati. Questo è uno dei potenziali vantaggi rispetto ad alcune apparecchiature ALD convenzionali, ma non tutte le chimiche possono essere eseguite indifferentemente in aria: precursori sensibili a ossigeno, umidità o contaminanti possono richiedere condizioni molto più controllate.
Perché la testina deve aspirare continuamente i reagenti
Uno degli elementi tecnici meno appariscenti, ma fondamentali, è il sistema di exhaust integrato nella testina. Durante un ciclo ALD ideale, il precursore deve reagire soltanto con la superficie e non con l’altro reagente nella fase gassosa.
Se i due composti entrassero in contatto prima del momento previsto potrebbero generare particelle, depositi all’interno della testina o reazioni CVD indesiderate. Gli ugelli devono quindi mantenere separate le diverse zone chimiche e aspirare rapidamente i reagenti non consumati.
Riducendo la distanza fra testina e substrato si può confinare maggiormente la zona di trattamento, ma aumentano le difficoltà meccaniche. Una minima variazione di planarità o un errore di posizionamento può modificare il campo di flusso oppure portare la testina troppo vicino alla superficie.
La situazione diventa ancora più complessa sulle superfici curve. Il sistema deve coordinare movimento X-Y-Z, inclinazione e rotazione mantenendo contemporaneamente un gap sufficientemente stabile. La precisione meccatronica della macchina diventa quindi importante quanto la chimica.
Il passaggio dalla superficie 2D alla vera fabbricazione 3D rimane il punto più ambizioso
La documentazione brevettuale precedente di ATLANT 3D parte esplicitamente dalla constatazione che ALD tradizionale e spatial ALD vengono utilizzati soprattutto per trattare superfici e che la realizzazione di strutture tridimensionali ad alta risoluzione richiede un approccio differente.
Muovere testina e substrato su più assi rende certamente possibile trattare superfici tridimensionali e sovrapporre selettivamente materiali. Tuttavia c’è una grande differenza fra rivestire selettivamente una superficie 3D, costruire microstrutture per crescita locale di film e stampare liberamente un oggetto tridimensionale autoportante.
Quest’ultima capacità richiede non soltanto risoluzione, ma velocità di crescita, stabilità strutturale, controllo delle geometrie sospese e strategie per costruire spessori significativi. Poiché ALD deposita quantità estremamente piccole per ciclo, la produttività diventa rapidamente il limite dominante.
Il potenziale industriale a breve termine è quindi probabilmente maggiore nella microfabbricazione selettiva e multimateriale che nella sostituzione delle tecnologie tradizionali di stampa 3D.
Dove una piattaforma del genere potrebbe essere realmente utile
Le applicazioni più realistiche coincidono in gran parte con i mercati indicati dalla stessa ATLANT 3D: MEMS, sensori, microfluidica, ottica, fotonica, packaging dei semiconduttori, elettronica RF, dispositivi energetici e tecnologie quantistiche.
In questi settori la quantità di materiale è minuscola e il valore aggiunto deriva dalla capacità di collocarlo esattamente dove serve. Depositare alcuni nanometri di dielettrico, un materiale conduttivo o uno strato funzionale soltanto in una determinata regione può avere un valore industriale molto superiore alla produzione rapida di grandi volumi.
La possibilità di passare da un materiale all’altro senza fotomaschere dedicate potrebbe inoltre accelerare la fabbricazione dei prototipi. Nella microelettronica convenzionale, infatti, molte geometrie vengono ottenute combinando deposizione uniforme, resist, litografia, sviluppo ed etching. Un processo diretto potrebbe eliminare alcune di queste fasi per determinati dispositivi.
Questo non significa che DALP possa sostituire la fotolitografia avanzata utilizzata nei moderni semiconduttori. Le produzioni CMOS di frontiera lavorano con risoluzioni, overlay, uniformità e throughput estremamente difficili da confrontare con una piattaforma direct-write. Il valore di ATLANT 3D appare piuttosto nella flessibilità, nella prototipazione e nella fabbricazione di strutture specialistiche a basso volume e alto valore.
Un brevetto non è una dimostrazione di tutte le prestazioni rivendicate
La nuova domanda descritta da Fabbaloo è quindi interessante soprattutto perché mostra la direzione nella quale ATLANT 3D intende sviluppare il proprio sistema: testine modulari, array di ugelli, più fluidi, lavorazione selettiva e movimento multidirezionale.
Ma una domanda di brevetto non equivale a un brevetto concesso, e un brevetto concesso non costituisce a sua volta la certificazione delle prestazioni industriali di una macchina. L’ufficio brevetti valuta principalmente requisiti giuridici quali novità, attività inventiva e sufficienza della descrizione, non certifica che tutte le varianti incluse nelle rivendicazioni siano state industrializzate con le prestazioni massime ipotizzate.
Le micrografie citate da Fabbaloo indicano che ATLANT 3D ha realizzato deposizioni utilizzando configurazioni multi-ugello, ma non dimostrano automaticamente una risoluzione di 20 nm né la produzione di strutture tridimensionali macroscopiche atomo per atomo.
La definizione più accurata della tecnologia è quindi quella di una piattaforma di micro- e nanofabbricazione direct-write basata su processi a strato atomico, piuttosto che una stampante 3D atomica nel significato comunemente associato all’additive manufacturing.
Il valore della proposta sta proprio nel tentativo di fondere due mondi finora largamente separati: l’estremo controllo chimico dei processi ALD/ALE e la libertà di movimento e selettività spaziale tipica delle macchine di fabbricazione digitale. Se ATLANT 3D riuscirà a ridurre progressivamente la larghezza delle linee, aumentare il parallelismo delle testine e mantenere uniformità e ripetibilità, il risultato potrebbe diventare uno strumento molto interessante per dispositivi micro- e nanostrutturati. Ma fra l’attuale capacità dichiarata nell’ordine delle centinaia di micrometri e una vera scrittura laterale a decine di nanometri rimane ancora una distanza tecnologica considerevole.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
