Tuozhu brevetta un sistema meccanico per commutare due hotend senza un motore sulla testina.
Shenzhen Tuozhu Technology ha ottenuto in Cina un modello di utilità che descrive una testina FFF a due hotend nella quale il passaggio dall’uno all’altro non richiede un motore dedicato sulla parte mobile. Il principio è semplice: quando deve cambiare ugello, la testina si sposta verso una posizione prestabilita della stampante e un elemento meccanico presente sulla testina entra in contatto con una struttura solidale al telaio o all’involucro. Questo contatto aziona passivamente un cinematismo che solleva uno degli hotend e porta l’altro nella posizione di stampa. La macchina utilizza quindi il proprio movimento XY come fonte dell’azione necessaria alla commutazione, evitando di trasportare continuamente sulla testina un attuatore utilizzato soltanto durante i cambi di materiale.
Il documento è CN224766075U, assegnato a Shenzhen Tuozhu Technology Co., Ltd., una delle società attraverso cui opera il marchio Bambu Lab in Cina. È stato pubblicato e concesso il 18 settembre 2026 come utility model cinese, sulla base della domanda CN202521637312.3 depositata il 1° agosto 2025 e rivendica priorità da un deposito PCT del 15 gennaio 2025. È importante precisare il tipo di diritto: in Cina i modelli di utilità vengono sottoposti a un esame preliminare, comprendente anche il controllo di evidenti difetti sostanziali, ma non al normale esame sostanziale previsto per un brevetto d’invenzione. Il fatto che CN224766075U sia stato concesso costituisce quindi un diritto di proprietà industriale effettivo in Cina, ma non equivale alla conclusione di un esame completo sulla validità rispetto a tutto il prior art mondiale.
Non cambia l’hotend: cambia quale ugello è più in basso
L’espressione “hotend switching” può creare un equivoco. Il progetto non descrive un toolchanger che sgancia un hotend dalla testina, lo deposita in una stazione e ne preleva un altro. I due hotend rimangono montati contemporaneamente sul gruppo mobile. Ciò che cambia è la loro posizione relativa lungo l’asse verticale.
In una delle configurazioni principali, il primo hotend è mobile lungo Z, mentre il secondo rimane fissato al telaio della testina. Quando il primo è abbassato, il suo nozzle si trova al di sotto del secondo e diventa quello operativo. Quando il primo viene sollevato oltre la quota dell’altro, è invece il secondo nozzle a diventare il punto più basso e quindi quello utilizzabile per la deposizione.
È una soluzione necessaria nei sistemi a doppio ugello con hotend vicini. Se entrambi i nozzle rimanessero sempre alla stessa quota, quello inattivo potrebbe attraversare il materiale appena depositato, graffiare la superficie, trascinare filamento, urtare dettagli sottili o, nei casi peggiori, esercitare una forza sufficiente a compromettere l’adesione del pezzo al piano.
| Configurazione | Primo hotend | Secondo hotend | Ugello operativo |
|---|---|---|---|
| Posizione 1 | Abbassato | Fisso | Primo |
| Posizione 2 | Sollevato | Fisso | Secondo |
| Cambio | Movimento meccanico lungo Z | Nessun movimento necessario nella configurazione principale | Commutazione senza motore dedicato |
Il brevetto contempla anche varianti nelle quali il cinematismo può agire diversamente sui due hotend. Le rivendicazioni non devono quindi essere lette come se descrivessero un’unica geometria costruttiva obbligatoria.
La parete della stampante diventa parte dell’attuatore
L’elemento più particolare è il modo con cui viene prodotto il movimento. Il meccanismo di sollevamento comprende un trigger, cioè un elemento sporgente che può entrare in contatto con un corrispondente meccanismo posto sull’involucro della stampante.
Durante una normale traiettoria di stampa non avviene nulla. Quando il firmware decide di passare da un hotend all’altro, porta la testina nella zona di commutazione e prosegue il movimento fino a generare il contatto meccanico. L’energia utilizzata per azionare il sistema proviene quindi dai motori che stanno già muovendo la testina.
Il brevetto descrive una possibile catena cinematica formata da leva, albero rotante, ingranaggio e cremagliera. La leva viene spinta dal dispositivo fisso; ruotando l’albero mette in movimento l’ingranaggio; l’ingranaggio ingrana con una cremagliera collegata all’hotend e converte la rotazione nel movimento verticale necessario per sollevarlo o abbassarlo.
Altre parti del cinematismo utilizzano più bielle e un secondo albero. Lo scopo non è solamente trasferire il moto, ma ottenere due posizioni meccanicamente definite e mantenere stabile la configurazione selezionata.
È un principio simile a quello di numerosi meccanismi bistabili: l’attuatore esterno deve intervenire soltanto durante il cambio, mentre il dispositivo rimane nella posizione scelta durante la stampa senza richiedere alimentazione continua.
Perché evitare un motore sulla testina
Si potrebbe ottenere lo stesso risultato utilizzando un piccolo servo, uno stepper, un solenoide o un altro attuatore montato direttamente sulla testina. È una soluzione intuitiva e permette di cambiare nozzle in qualsiasi punto della macchina, ma aggiunge massa proprio alla parte che deve continuamente accelerare e decelerare.
In una stampante CoreXY moderna la massa mobile influenza forze inerziali, vibrazioni e requisiti del sistema di movimento. La relazione elementare è F = m × a: aumentando la massa, a parità di accelerazione, aumenta proporzionalmente la forza richiesta alle cinghie, ai motori e alla struttura.
Il problema assume una certa rilevanza nelle macchine veloci. La Bambu Lab H2D commerciale, per esempio, dichiara una velocità massima della testina di 1.000 mm/s e un’accelerazione massima di 20.000 mm/s². Questi dati non dimostrano che il brevetto CN224766075U sia implementato sulla H2D, ma mostrano perché Bambu Lab possa avere interesse a ridurre la massa della testa.
Secondo Tuozhu, l’eliminazione del motore dedicato permette di diminuire volume e peso del printhead e, di conseguenza, aumentarne potenzialmente la velocità di movimento. Quest’ultimo passaggio deve essere interpretato come vantaggio progettuale dichiarato nel brevetto, non come prestazione sperimentalmente dimostrata. Il documento non pubblica confronti fra due testine equivalenti con e senza attuatore, misure di input shaping, accelerazione massima o qualità superficiale.
Il cinematismo non si limita a spostare il nozzle
Una caratteristica meno evidente ma forse altrettanto interessante compare nelle rivendicazioni dedicate alla gestione dell’ugello inattivo. Il sistema può incorporare una piastrina di chiusura collegata ai leveraggi. Quando viene selezionato un hotend, il movimento del cinematismo porta questa piastrina sotto il nozzle che è stato disattivato.
La superficie superiore può essere dotata di un elemento in silicone che entra fisicamente in contatto con l’estremità del nozzle. Quando lavora il primo hotend, la piastrina va a chiudere il secondo; quando viene selezionato il secondo, si sposta sotto il primo.
Lo scopo è affrontare contemporaneamente due problemi tipici delle macchine a doppio nozzle: la collisione dell’ugello inattivo con il pezzo e l’oozing, cioè la fuoriuscita involontaria di materiale dall’hotend caldo non utilizzato.
La funzione è particolarmente interessante perché un nozzle inattivo non smette automaticamente di contenere polimero fuso nel momento in cui termina l’estrusione. La pressione residua nella melt zone, l’espansione termica e la gravità possono far fuoriuscire una piccola quantità di materiale. Se questa goccia finisce sul modello può contaminare una stampa multicolore, produrre stringing o generare un accumulo che successivamente entra in contatto con il pezzo.
Chiudere fisicamente il nozzle non elimina tutta la gestione termica
La piastrina può limitare materialmente la fuoriuscita, ma non risolve da sola l’intero problema. Il firmware deve comunque controllare retrazione, pressione del filamento e temperatura dell’hotend inattivo.
Una riduzione della temperatura di standby può diminuire l’oozing, ma aumenta il tempo necessario per riportare il nozzle alla temperatura di lavoro. Mantenere invece entrambi gli hotend alla temperatura di stampa riduce il tempo di cambio ma mantiene il materiale liquido più a lungo e può aumentarne il degrado termico.
La superficie in silicone introduce inoltre propri requisiti. Deve resistere al contatto ripetuto con un nozzle caldo, al materiale depositato e a migliaia di cicli meccanici. La documentazione brevettuale descrive il concetto ma non pubblica una specifica del silicone, una temperatura massima certificata o risultati di endurance testing. Non è quindi possibile dedurre dal brevetto quale sarebbe la durata del componente in un prodotto commerciale.
Magneti e sensori per sapere quale posizione è stata selezionata
Il sistema non è completamente “cieco”. Alcune rivendicazioni descrivono magneti e sensori di campo magnetico associati al cinematismo. La posizione angolare di un elemento del meccanismo può quindi essere rilevata elettronicamente, permettendo al controller di conoscere lo stato del gruppo.
Questo è particolarmente importante in un sistema azionato per contatto. Il semplice comando software “vai contro il dispositivo e cambia nozzle” non garantisce da solo che il cinematismo abbia effettivamente completato la corsa. Un sensore permette almeno di verificare che il meccanismo abbia raggiunto la configurazione prevista.
Il brevetto utilizza inoltre magneti anche come elementi di ritenzione in alcune configurazioni. La combinazione di cinematismo bistabile e rilevamento magnetico permette potenzialmente di mantenere il nozzle nella posizione desiderata senza alimentare continuamente un attuatore.
Resta naturalmente la necessità di garantire ripetibilità meccanica. Ogni volta che viene abbassato un hotend, la punta deve tornare praticamente alla stessa posizione. Una variazione significativa lungo Z modificherebbe il primo layer o la quota di deposizione, mentre una variazione X/Y altererebbe l’allineamento fra i due materiali.
Due nozzle introducono inevitabilmente un problema di calibrazione
Il sistema meccanico risolve il problema di mettere da parte l’ugello inattivo, ma una stampante dual-nozzle deve conoscere con precisione anche la distanza relativa tra i due nozzle.
Se il secondo ugello si trova, per esempio, 0,2 mm più a destra rispetto al valore previsto, ogni elemento stampato con il secondo materiale sarà traslato rispetto al primo. Nel multicolore si noterà come un bordo fuori registro; utilizzando materiale di supporto può produrre interfacce dimensionalmente scorrette.
Per questo le macchine commerciali a doppio ugello utilizzano procedure di calibrazione. Bambu Lab dichiara sulla H2D un allineamento tra i due nozzle inferiore a 25 µm, ottenuto attraverso un sistema di sensing e calibrazione prima della stampa. Anche in questo caso, il dato è utile per capire l’ordine di grandezza richiesto da una macchina commerciale, ma non costituisce una misura delle prestazioni del particolare meccanismo descritto da CN224766075U.
Non bisogna inoltre confondere la risoluzione del sensore, la ripetibilità del meccanismo e l’accuratezza effettiva della deposizione. Sono parametri differenti.
Un estrusore sulla testa e uno separato dalla testina
La documentazione collegata alla stessa priorità del 15 gennaio 2025 mostra che Tuozhu sta studiando il problema della massa mobile anche dal lato dell’alimentazione del filamento. Una domanda cinese correlata, CN122766526A, descrive una configurazione nella quale uno dei due sistemi di estrusione è montato sulla testina mentre l’altro è fisicamente separato.
In pratica uno dei percorsi può funzionare secondo un’impostazione più vicina al direct drive, con l’estrusore vicino all’hotend, mentre l’altro utilizza un trascinamento remoto attraverso il tubo di alimentazione. L’obiettivo dichiarato è evitare di collocare due motori di estrusione completi sulla testa.
È un compromesso interessante. Il direct drive riduce il tratto di filamento compreso tra ruote motrici e melt zone e facilita generalmente il controllo dei materiali flessibili. Un estrusore remoto permette invece di alleggerire la massa mobile, ma introduce un percorso del filamento più lungo e deformabile.
La documentazione brevettuale non dimostra che questa configurazione ibrida rappresenti la soluzione definitiva di una futura macchina Bambu Lab. Mostra però che i progettisti hanno affrontato il dual extrusion come un problema complessivo di massa, ingombro, alimentazione e commutazione, non semplicemente aggiungendo un secondo nozzle.
Perché due hotend possono ridurre drasticamente lo spreco di materiale
Il vantaggio più evidente di due hotend indipendenti emerge nella stampa multimateriale. Un sistema con un solo nozzle può utilizzare numerosi filamenti attraverso un selettore automatico, ma quando cambia materiale deve estrarre quello precedente, inserire il successivo e soprattutto espellere il polimero rimasto nella melt zone.
La quantità necessaria per eliminare la contaminazione dipende dalla combinazione dei colori e dei materiali. Passare da nero a bianco può richiedere parecchio spurgo; cambiare fra materiali chimicamente diversi può richiederne ancora di più.
Due hotend permettono invece di lasciare un materiale in ciascuna melt zone. Il cambio non richiede lo svuotamento completo del nozzle a ogni passaggio e può quindi ridurre purge volume, tempi di caricamento e quantità di materiale scartato.
Non elimina però automaticamente ogni spurgo. Può comunque essere necessaria una fase di priming per ristabilire pressione e flusso dopo il periodo di inattività e, se più filamenti devono condividere lo stesso hotend, rimane necessario pulire il percorso quando viene cambiato materiale.
La configurazione è quindi particolarmente efficace quando due materiali vengono utilizzati frequentemente durante la stessa stampa: per esempio materiale modello e materiale di supporto, oppure due colori predominanti.
La doppia estrusione facilita anche materiali incompatibili fra loro
Separare le melt zone può avere un secondo vantaggio: ogni nozzle può mantenere condizioni termiche differenti. Questo rende teoricamente possibile combinare materiali che non sarebbe conveniente far transitare ripetutamente nello stesso hotend.
Un materiale di supporto può essere mantenuto alla propria temperatura mentre il polimero strutturale utilizza un’altra impostazione. Analogamente, l’usura causata da un filamento abrasivo può essere confinata su uno specifico nozzle.
La reale compatibilità multimateriale dipende comunque da molto più del nozzle. I due polimeri devono aderire sufficientemente nell’interfaccia quando questo è richiesto; devono essere compatibili con la temperatura della camera e del piano; i loro coefficienti di contrazione non devono produrre deformazioni ingestibili.
Il prezzo della semplicità: il toolchange richiede un viaggio verso il bordo
L’eliminazione del motore non è priva di compromessi. Un attuatore montato sulla testina potrebbe teoricamente effettuare il cambio quasi ovunque. Il sistema Tuozhu deve invece raggiungere la zona nella quale si trova il dispositivo meccanico fisso.
Ogni cambio richiede quindi un movimento non produttivo: arrestare la deposizione, portare il printhead verso il punto di commutazione, azionare il cinematismo e tornare sul pezzo. La distanza e il tempo diventano importanti quando il modello richiede centinaia o migliaia di cambi.
Il confronto corretto non è quindi soltanto “motore pesante contro meccanismo leggero”. Bisogna mettere a confronto:
| Sistema | Vantaggio | Limite |
|---|---|---|
| Attuatore sulla testina | Cambio possibile quasi ovunque | Massa, volume, cablaggio |
| Attuazione meccanica sul telaio | Testina più leggera e semplice | Movimento fino alla stazione di cambio |
| IDEX | Due testine completamente separate | Maggior complessità e ingombro |
| Singolo nozzle + cambio filamento | Testina semplice | Spurgo e tempi di cambio maggiori |
| Toolchanger completo | Grande libertà di materiali/utensili | Meccanica e stazioni di docking più complesse |
Se il tempo risparmiato evitando unload, load e purge è molto maggiore del tragitto necessario per azionare il meccanismo, il bilancio può comunque essere nettamente favorevole. Il brevetto non fornisce però tempi di cambio misurati.
Usare una collisione intenzionale richiede un controllo meccanico molto preciso
Descrivere il funzionamento come “la testina sbatte contro la parete” rende bene l’idea, ma non rappresenta correttamente ciò che dovrebbe avvenire in una macchina progettata per durare. Il contatto deve essere una corsa meccanicamente controllata.
La forza deve essere sufficiente ad azionare leva, ingranaggi e ritenzione, ma non tale da trasferire urti eccessivi al telaio o agli assi. La superficie di contatto deve tollerare migliaia di cicli senza cambiare significativamente geometria. Gioco negli ingranaggi, usura delle cerniere o deformazione della leva possono modificare nel tempo la posizione raggiunta dall’hotend.
In una domanda correlata Tuozhu descrive anche un elemento di contatto collegato all’involucro attraverso un componente elastico di ritorno, utilizzato come buffer per ridurre la forza dell’impatto durante il cambio. È un dettaglio coerente con la necessità di trasformare quella che superficialmente appare come una collisione in un evento meccanico ripetibile.
Il meccanismo non nasce in un vuoto brevettuale
Il problema di spostare un nozzle inattivo esiste da molto prima delle attuali stampanti desktop multimateriale. Già nel 2007 Stratasys depositò una famiglia brevettuale riguardante teste di estrusione con più liquefier, nella quale almeno uno dei gruppi poteva essere spostato verticalmente attraverso un toggle mechanism. Il brevetto statunitense US7625200B2 descrive esplicitamente un primo liquefier fisso e un secondo mobile lungo un asse per alternare materiale modello e materiale di supporto.
La soluzione Stratasys documentata in quella famiglia utilizza però un motore dedicato e un attuatore filettato sulla testina. Non è quindi identica al sistema Tuozhu, che concentra una parte importante delle rivendicazioni sull’attivazione passiva mediante contatto con una struttura fissa della stampante.
Negli anni successivi sono inoltre comparsi numerosi altri sistemi dual-nozzle con meccanismi di sollevamento, rotazione o traslazione. La semplice idea di “sollevare il nozzle inattivo” non può quindi essere considerata l’elemento innovativo isolato.
Il significato di CN224766075U deve essere valutato sulla specifica combinazione di trigger esterno, cinematismo di sollevamento, geometria dei due hotend, sistemi di blocco e, in determinate rivendicazioni, chiusura dell’ugello inattivo. Stabilire l’ampiezza e la solidità giuridica di tali rivendicazioni rispetto al prior art richiederebbe una vera analisi brevettuale e non può essere dedotto dal fatto che il modello di utilità sia stato concesso.
Il caso Stratasys-Bambu Lab è reale, ma non dimostra il motivo di questo deposito
Il contesto legale tra Bambu Lab e Stratasys rende inevitabile osservare con attenzione nuovi brevetti relativi alle testine FFF. Il 17 settembre 2026 una giuria federale dell’Eastern District of Texas ha stabilito che società collegate a Bambu Lab avevano violato quattro brevetti Stratasys e ha riconosciuto 27,6 milioni di dollari di danni. La giuria ha inoltre giudicato volontaria l’infrazione. Bambu Lab ha dichiarato di non condividere il verdetto e di voler utilizzare gli strumenti post-trial e di appello disponibili.
Quella decisione riguarda però brevetti relativi, tra l’altro, a force sensing, purge tower e generazione dei percorsi di deposizione, non il particolare meccanismo di sollevamento descritto da CN224766075U.
Inoltre, la famiglia Tuozhu rivendica una priorità del 15 gennaio 2025, quando la controversia iniziata nell’agosto 2024 era già in corso ma mancavano ancora oltre venti mesi al verdetto della giuria. È quindi cronologicamente possibile che l’attività brevettuale si sia sviluppata mentre le aziende erano già in causa, ma non esistono elementi pubblici sufficienti per affermare che il deposito sia stato effettuato come risposta alla controversia Stratasys o con l’obiettivo di costruire una futura azione legale inversa.
La distinzione fra dato e interpretazione è particolarmente importante in questo caso.
È il meccanismo della H2D? Non è dimostrato dal brevetto
Bambu Lab vende già una macchina commerciale con due nozzle, la H2D, e la documentazione ufficiale parla di un sistema di commutazione dual-nozzle leggero e preciso. La macchina include inoltre calibrazione automatica dell’offset tra gli ugelli e utilizza i due nozzle per multimateriale, supporti dedicati e stampa multicolore.
È quindi naturale confrontare il brevetto con questa architettura. Tuttavia la presenza di un meccanismo brevettato e di un prodotto con una funzione simile non dimostra automaticamente che il prodotto implementi esattamente le rivendicazioni di quel documento. Per stabilirlo sarebbe necessaria una corrispondenza fra costruzione reale della macchina e singoli elementi delle rivendicazioni.
La stessa cautela vale per futuri prodotti. Un brevetto non è una roadmap commerciale. Un’azienda può proteggere diverse varianti dello stesso sottosistema e successivamente utilizzarne una soltanto, combinarne più di una oppure non portarle mai sul mercato.
Utility model concesso non significa tecnologia dimostrata
CN224766075U permette di affermare alcune cose con certezza: Tuozhu ha progettato e protetto in Cina un sistema dual-hotend con commutazione meccanica passiva; almeno un hotend può essere spostato verticalmente; l’azionamento può avvenire attraverso il contatto della testina con un elemento fisso della stampante; il cinematismo può comandare anche una chiusura dell’ugello inattivo.
Non permette invece di concludere che il sistema sia più veloce di qualsiasi alternativa, che abbia una determinata vita utile, che migliori misurabilmente la qualità di stampa o che sarà installato su una specifica macchina Bambu Lab.
Per valutarlo realmente servirebbero almeno tempo medio di cambio, massa risparmiata rispetto a un sistema motorizzato, ripetibilità Z dopo migliaia di cicli, accuratezza XY relativa dei due nozzle, forza necessaria all’attivazione, usura del cinematismo, durata della superficie in silicone e comportamento con materiali soggetti a forte oozing.
Sono proprio questi dati a separare un buon concetto meccanico da una soluzione industriale robusta.
Un ritorno interessante alla meccanica in stampanti sempre più elettroniche
Il sistema è interessante anche per un motivo più generale. Le stampanti FFF moderne stanno accumulando videocamere, lidar, load cell, accelerometri, motori controllati in closed loop e sistemi automatici di gestione del filamento. In questo contesto, Tuozhu affronta un problema con una soluzione quasi opposta: invece di aggiungere un ulteriore attuatore, utilizza la struttura fisica della macchina come parte del meccanismo.
È una filosofia progettuale tutt’altro che antiquata. Un dispositivo passivo ben progettato può pesare meno, richiedere meno cablaggio, avere meno elettronica e non consumare energia per mantenere la propria posizione. In cambio sposta il problema sulla qualità della cinematica: tolleranze, usura, ripetibilità e controllo del contatto diventano determinanti.
La presenza della piastrina che chiude alternativamente i nozzle rende inoltre il progetto più sofisticato di un semplice sistema “uno su, uno giù”. Con una sola operazione meccanica Tuozhu cerca di selezionare l’hotend, allontanare quello inattivo dal pezzo e ridurne contemporaneamente la possibilità di gocciolamento.
Per una macchina multimateriale veloce è una combinazione interessante. Se abbia vantaggi sufficienti rispetto a servo, IDEX, toolchanger o altre architetture potrà essere stabilito soltanto osservando implementazioni reali e dati di durata. Per ora CN224766075U documenta soprattutto una direzione di sviluppo: spostare parte della complessità dal printhead al telaio per mantenere leggera la massa che deve muoversi rapidamente durante la stampa.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
