Eliminare i layer non significa eliminare automaticamente ogni artefatto dalla stampa 3D. Nella Xolography sviluppata dalla berlinese xolo, il componente non viene costruito attraverso la sovrapposizione convenzionale di strati solidificati, ma attraverso l’intersezione controllata di due radiazioni luminose di diversa lunghezza d’onda all’interno di una resina contenente fotoiniziatori fotoswitchable. Questo permette di produrre oggetti estremamente rapidamente e con superfici potenzialmente molto uniformi, ma introduce un problema differente: se il light sheet utilizzato per definire la zona attiva non è perfettamente omogeneo, le variazioni di intensità possono venire letteralmente “registrate” nel materiale sotto forma di striature. Una nuova domanda di brevetto statunitense di xolo, US20260284974A1, concentra le proprie rivendicazioni sull’impiego di Airy beam, Bessel beam e fasci con caratteristiche analoghe proprio per modificare la distribuzione della luce e ridurre questi artefatti. La domanda è stata pubblicata il 24 settembre 2026, ma appartiene a una famiglia tecnologica che risale al giugno 2023 e che negli Stati Uniti ha già prodotto un brevetto concesso, US12691636, il 28 luglio 2026.
È quindi necessario distinguere due cose. La tecnologia generale per modificare il light sheet attraverso fasci non paralleli, diffusione, angular diversity, polarization diversity e wavelength diversity è già protetta dal brevetto statunitense concesso. La nuova application è una continuation che concentra invece alcune rivendicazioni proprio sulla generazione di Airy beam e Bessel beam. Non siamo davanti a un’invenzione improvvisamente comparsa nel settembre 2026, ma a un ulteriore sviluppo della proprietà intellettuale con cui xolo sta cercando di proteggere differenti configurazioni ottiche della propria piattaforma.
Per capire il problema bisogna prima capire come stampa realmente la Xolography
La Xolography venne presentata scientificamente nel dicembre 2020 su Nature da Martin Regehly, Yves Garmshausen, Marcus Reuter e colleghi. Il sistema utilizza un fotoiniziatore che cambia stato ottico dopo essere stato irradiato da una prima lunghezza d’onda. Soltanto in questo stato intermedio può assorbire efficacemente la seconda radiazione e generare le specie chimiche necessarie alla polimerizzazione.
Una prima sorgente crea quindi una sottile regione luminosa all’interno della resina, normalmente descritta come light sheet. Una seconda sorgente proietta in quella regione l’immagine corrispondente alla sezione dell’oggetto da produrre. La polimerizzazione avviene soltanto dove sono soddisfatte entrambe le condizioni ottiche. Spostando progressivamente il volume di resina rispetto alla zona di formazione e aggiornando le immagini proiettate si genera il componente in maniera continua.
È più corretto definire Xolography una linear volumetric additive manufacturing technology che dire che l’intero componente venga polimerizzato contemporaneamente in un singolo flash. Il processo non crea layer materiali convenzionali come una MSLA, ma la zona di formazione percorre progressivamente il volume.
Nel lavoro originario del 2020 erano stati dimostrati feature nell’ordine di alcune decine di micrometri e velocità volumetriche enormemente superiori alla two-photon polymerization. La piattaforma commerciale Xell di xolo dichiara oggi feature size fino a 10 µm, build room da 10 × 17 × 10 mm³ e light sheet da 385 o 405 nm. Queste specifiche appartengono però al sistema Xell attuale e non costituiscono prova che la macchina commerciale utilizzi già la specifica configurazione Airy/Bessel descritta dalla nuova domanda brevettuale.
Il problema nasce proprio da una luce apparentemente troppo ordinata
Per costruire un light sheet uniforme si potrebbe pensare che la soluzione ideale sia utilizzare raggi perfettamente paralleli e collimati. Dal punto di vista geometrico è intuitivo. Dal punto di vista dell’ottica ondulatoria, però, la situazione diventa più complicata.
La luce laser possiede un’elevata coerenza. Fasci coerenti che percorrono traiettorie leggermente differenti possono interferire fra loro, creando zone di intensità maggiore e minore. Imperfezioni negli elementi ottici, diffusione, riflessioni e differenze di fase possono produrre un pattern di speckle.
Il light sheet non presenta quindi necessariamente la stessa intensità in ogni punto.
Se la resina riceve sistematicamente più energia lungo determinate linee e meno lungo altre, la quantità di polimerizzazione può cambiare leggermente. Quella differenza può rimanere impressa nel materiale sotto forma di:
- striature;
- variazioni di indice ottico;
- differenze locali di conversione;
- irregolarità superficiali.
Il fenomeno è concettualmente diverso dalle layer lines della FFF o della stereolitografia tradizionale. Non deriva da una successione di piani materiali, ma dalla struttura spaziale dell’illuminazione.
xolo propone di rompere il parallelismo
L’idea fondamentale della famiglia brevettuale è relativamente semplice: invece di avere tutti i raggi che percorrono la resina nella stessa direzione, alcuni vengono intenzionalmente deviati.
I raggi possono così:
- incrociarsi;
- entrare nel working volume con differenti angoli;
- sovrapporsi in punti differenti;
- possedere polarizzazioni differenti;
- utilizzare lunghezze d’onda leggermente differenti.
Questa diversità tende a mediare i pattern d’interferenza e ridurre la visibilità dello speckle. Il principio è già noto in altri settori dell’ottica: angular diversity, spectral diversity e polarization diversity vengono utilizzate da tempo per diminuire il contrasto dello speckle nelle applicazioni laser.
La peculiarità del brevetto xolo consiste nell’applicare queste strategie direttamente al light plane utilizzato per la fotopolimerizzazione volumetrica.
Il documento descrive moltissime possibili implementazioni: diffusers, lenti, microlenti, Fresnel lens, spatial light modulators, elementi riflettenti inclinati, prismi, metalens, sistemi mobili e perfino configurazioni nelle quali il container stesso viene spostato per sfruttare gli effetti rifrattivi delle sue pareti.
Non esiste quindi una singola “lente xolo”.
È un’intera famiglia di strategie ottiche.
Airy e Bessel beam sono soltanto alcune delle configurazioni previste
Il brevetto concesso US12691636 cita esplicitamente la possibilità di produrre fasci non Gaussiani, compresi Airy beam e Bessel beam, ma le sue rivendicazioni principali sono costruite più ampiamente intorno alla modulazione dei raggi e alla loro disposizione non parallela.
La nuova continuation statunitense US20260284974A1 cambia invece il focus: la prima rivendicazione richiede direttamente che il sistema generi uno o più:
Airy beams, Bessel beams o fasci con caratteristiche simili.
Vengono indicate configurazioni comprendenti:
- axicon;
- strutture coniche;
- rooftop shapes;
- elementi diffrattivi;
- Fresnel lens;
- spatial light modulators;
- metalens.
La distinzione brevettuale è quindi importante.
| Documento | Stato USA | Focus principale |
|---|---|---|
| US20250256457A1 | domanda originaria | modulazione del light sheet |
| US12691636 | brevetto concesso, 28/07/2026 | raggi non paralleli e light modulation |
| US20260284974A1 | continuation pendente | Airy/Bessel beam e configurazioni correlate |
| Priorità famiglia | 16/06/2023 | DE102023115813.9 |
Il titolo “xolo brevetta gli Airy beam” è quindi eccessivamente semplificato. xolo possiede già negli Stati Uniti un brevetto concesso sulla più ampia architettura ottica; la specifica continuation Airy/Bessel è invece ancora una domanda.
Gli Airy beam non sono fasci “disordinati”
È un’altra precisazione importante rispetto all’immagine intuitiva proposta dall’articolo di partenza. Un Airy beam non è luce casuale o disturbata. È al contrario un campo ottico altamente strutturato, con una distribuzione di ampiezza e fase specifica.
Gli Airy beam possiedono caratteristiche particolari di propagazione, fra cui un comportamento approssimativamente non diffrattivo su distanze finite, capacità di ricostruzione dopo perturbazioni e una traiettoria del massimo di intensità che può apparire curva.
I Bessel beam sono altrettanto strutturati. Possono essere descritti, idealmente, come il risultato dell’interferenza di onde piane che viaggiano lungo una superficie conica. La loro sezione presenta un massimo centrale circondato da anelli laterali.
Sono famosi soprattutto per due proprietà:
extended depth of focus e self-healing.
Se una parte del fascio viene ostruita, l’interferenza delle componenti residue può ricostruire il profilo più avanti lungo la propagazione.
Nella realtà nessun Airy o Bessel beam possiede energia infinita, quindi le versioni sperimentali sono sempre finite e soltanto quasi propagation-invariant per una determinata distanza. L’espressione “diffraction-free” utilizzata comunemente in letteratura è quindi un’approssimazione pratica, non una violazione della diffrazione.
Un axicon è una delle strade più semplici per ottenere un Bessel-like beam
Il brevetto xolo cita esplicitamente gli axicon, elementi ottici con superficie conica. Un normale lens focalizza la luce verso un punto. Un axicon trasforma invece un fascio collimato in un insieme di raggi che convergono lungo una regione assiale relativamente lunga.
La loro interferenza genera una distribuzione Bessel-like.
Per Xolography questo può essere interessante perché la zona luminosa deve attraversare un volume di resina mantenendo caratteristiche il più possibile controllate. Un normale Gaussian beam tende a cambiare dimensione attraversando la zona di fuoco; una distribuzione strutturata può mantenere proprietà più uniformi su una distanza superiore.
Ma non bisogna concludere automaticamente che:
Bessel beam = migliore risoluzione.
I Bessel beam possiedono anche side lobes, cioè anelli secondari contenenti una quota dell’energia. In una resina fotosensibile quella luce laterale potrebbe teoricamente contribuire a esposizione indesiderata se il sistema e la chimica non fossero progettati correttamente.
Come sempre nell’ottica di fotopolimerizzazione esiste un compromesso fra:
- confinement;
- uniformità;
- depth of focus;
- side lobes;
- dose.
Lo stesso vale per gli Airy beam
Gli Airy beam possiedono una coda di intensità strutturata e non devono essere immaginati come una sottile linea luminosa perfettamente uniforme.
Possono offrire caratteristiche interessanti di propagazione e robustness, ma la distribuzione reale dell’energia deve essere coordinata con:
- absorption spectrum del fotoiniziatore;
- threshold di polimerizzazione;
- scattering della resina;
- spessore del light sheet.
L’obiettivo non è avere il fascio otticamente più “bello”.
È produrre la dose fotonica più uniforme e spazialmente selettiva possibile nella formation zone.
La parte sperimentale del brevetto mostra un miglioramento molto grande
La documentazione brevettuale riporta anche un confronto sperimentale. Sono stati prodotti due campioni rettangolari di circa 7 × 14 × 1 mm. La formulazione indicata comprendeva circa:
- 70% urethane methacrylate oligomer;
- 25% acryloyl morpholine;
- 5% N-methyldiethanolamine;
- una piccola quantità del dual-color photoinitiator necessario alla Xolography.
Un campione è stato prodotto con la configurazione ottica di riferimento e uno con il sistema di light modulation.
Il primo presentava numerose linee parallele visibili sia sulla superficie sia all’interno del materiale. Il campione ottenuto con il sistema modificato appariva invece più trasparente e omogeneo.
Le misure profilometriche riportate mostrano:
| Parametro | Riferimento | Light modulation |
|---|---|---|
| Ra | 1,037 µm | 0,088 µm |
| Rz | 6,332 µm | 0,457 µm |
Ra diminuisce quindi di circa 11,8 volte, mentre Rz cala di circa 13,9 volte.
È un miglioramento molto consistente.
Ma il test non dimostra specificamente il vantaggio degli Airy beam
È probabilmente la distinzione tecnica più importante dell’intero articolo.
La famiglia brevettuale descrive numerosissime soluzioni per ottenere speckle reduction e beam diversity. L’esperimento con i due campioni viene utilizzato per dimostrare il vantaggio della light modulation architecture rispetto alla configurazione di riferimento.
La documentazione pubblicamente disponibile non permette invece di concludere con sufficiente sicurezza che il campione da Ra 0,088 µm sia stato prodotto specificamente utilizzando un Airy beam.
Quindi non è corretto trasformare il risultato in:
“gli Airy beam riducono la rugosità da 1,037 a 0,088 µm”.
La formulazione più rigorosa è:
“il sistema di beam modulation descritto dalla famiglia brevettuale xolo ha mostrato questa riduzione; Airy e Bessel beam sono fra le configurazioni protette per implementare o estendere lo stesso concetto”.
È una differenza piccola sul piano giornalistico ma molto importante su quello tecnico.
Non è ancora un benchmark indipendente
I dati provengono inoltre dalla documentazione brevettuale di xolo, non da una nuova pubblicazione peer-reviewed dedicata specificamente alla riduzione delle striature.
Il documento mostra due campioni e misure di rugosità, ma non presenta necessariamente lo stesso livello di dettaglio statistico che ci si aspetterebbe da uno studio scientifico dedicato:
- numero elevato di repliche;
- deviazione standard;
- differenti resine;
- differenti geometrie;
- differenti profondità;
- confronto statistico fra più configurazioni ottiche.
È quindi corretto definirlo experimental evidence contenuta nel brevetto, non una validazione indipendente e universale di un miglioramento 10× su qualsiasi oggetto Xolography.
Ra e Rz descrivono inoltre aspetti diversi
Ra è la media aritmetica delle deviazioni del profilo rispetto alla linea media. È utile per descrivere la rugosità complessiva, ma due superfici con lo stesso Ra possono avere texture molto differenti.
Rz considera invece l’altezza caratteristica fra picchi e valli ed è più sensibile agli artefatti profondi.
La forte diminuzione di entrambi suggerisce quindi che il nuovo sistema non abbia soltanto ridotto piccole fluttuazioni superficiali, ma anche le striature più marcate.
Questo è particolarmente importante se xolo vuole utilizzare Xolography non soltanto per oggetti meccanici, ma anche per:
- microfluidica;
- ottica;
- dispositivi biomedicali;
- strutture trasparenti.
Le irregolarità nel bulk possono essere più importanti di quelle esterne
Fabbaloo sottolinea giustamente che le linee erano visibili anche all’interno del materiale. Una normale operazione di polishing può migliorare la superficie esterna, ma non elimina variazioni interne di conversione o indice di rifrazione.
Per un componente semplicemente meccanico queste differenze potrebbero essere trascurabili.
Per un elemento ottico o microfluidico possono invece alterare:
- scattering;
- trasmissione;
- propagazione luminosa;
- osservazione microscopica.
Eliminare l’artefatto durante la polimerizzazione è quindi molto più interessante che correggerlo dopo.
xolo pensa anche a polarization diversity e wavelength diversity
La famiglia brevettuale non si limita agli angoli. Nelle configurazioni più recenti vengono esplicitamente indicate tre strategie per diminuire lo speckle:
angular diversity: fasci che entrano con direzioni differenti;
polarization diversity: fasci con stati di polarizzazione differenti;
wavelength diversity: leggere differenze di lunghezza d’onda.
Il principio fisico generale è che pattern di speckle non perfettamente correlati possano sovrapporsi e mediarsi, diminuendo il contrasto dell’irregolarità finale.
È una tecnica consolidata in imaging e laser projection. Una review del 2025 sulla riduzione dello speckle osserva proprio che combinare diversità spaziale, spettrale e angolare può diminuire in maniera significativa il contrasto generato da sorgenti laser coerenti.
La novità xolo consiste soprattutto nel trasferire questa logica dentro il processo produttivo.
Il brevetto prevede persino un possibile controllo in feedback
Fra le configurazioni descritte compare anche la possibilità di utilizzare informazioni sulle proprietà superficiali o interne del componente per controllare online il light modulation device.
In prospettiva si potrebbe quindi immaginare:
misura dell’artefatto → correzione dell’ottica → nuova esposizione.
Il documento non dimostra però un sistema commerciale closed-loop capace di misurare automaticamente Ra durante la stampa e correggere il fascio in tempo reale.
È una possibilità coperta dall’architettura brevettuale.
Come sempre, rivendicare una configurazione possibile non significa averla già implementata in un prodotto commerciale.
Non sappiamo se il nuovo sistema sia già presente nella Xell
La Xell è la macchina più compatta della gamma xolo, orientata soprattutto a bioprinting e ricerca. Il produttore dichiara attualmente:
- build room 10 × 17 × 10 mm³;
- feature size fino a 10 µm;
- light sheet 385 o 405 nm;
- Full HD projector;
- velocità fino a 3 mm/min;
- stampa in cuvette sigillate.
La pagina ufficiale sottolinea già “exceptionally smooth surfaces” come vantaggio della Xolography.
Ma non ho trovato una dichiarazione di xolo che colleghi esplicitamente le unità Xell commerciali alla nuova configurazione Airy/Bessel o alla continuation pubblicata a settembre.
Sarebbe quindi scorretto scrivere che:
“la Xell ora utilizza gli Airy beam”.
Il brevetto protegge possibilità tecnologiche della piattaforma xolo; l’implementazione commerciale specifica rimane da verificare.
Il miglioramento ottico può diventare ancora più importante aumentando il volume
Un piccolo campione attraversa una distanza ottica relativamente breve. Aumentando la dimensione della vat, il fascio deve invece attraversare più resina e più materiale ottico.
Diventano importanti:
- assorbimento;
- scattering;
- aberrazioni;
- refrazione alle pareti;
- stabilità del light sheet.
Un sistema più robusto alla propagazione e meno sensibile alle interferenze può quindi diventare particolarmente utile se Xolography viene scalata verso build volume più grandi.
È anche uno dei motivi per cui Bessel-like e Airy-like beams sono interessanti: le loro proprietà di propagazione possono aiutare a mantenere una distribuzione controllata su una profondità superiore rispetto a una focalizzazione Gaussian convenzionale.
Ma aumentare il volume non è gratuito. Side lobes e scattered light possono accumulare dose in regioni non desiderate e la chimica del fotoiniziatore deve continuare a mantenere un threshold sufficientemente selettivo.
Un light sheet migliore non aumenta automaticamente la risoluzione
La riduzione della rugosità e delle striature migliora la fidelity, ma non va confusa con una riduzione automatica della minimum feature size.
La resolution Xolography dipende anche da:
- spessore del light sheet;
- pixel/proiezione della seconda sorgente;
- cinetica del photoswitch;
- diffusione delle specie radicaliche;
- absorption;
- dose;
- movement speed.
Una superficie più uniforme può certamente permettere di sfruttare meglio la risoluzione disponibile, ma Ra 0,088 µm non significa che la stampante possieda 88 nm di resolution.
È una distinzione fondamentale.
Una superficie può avere rugosità submicrometrica pur appartenendo a un sistema con feature size nell’ordine di decine di micrometri.
Il risultato mostra come i limiti della stampa volumetrica stiano diventando limiti di fotonica
Nelle stampanti FFF si discute di:
- estrusori;
- temperature;
- accelerazioni.
Nel PBF metallico:
- laser power;
- powder;
- melt pool.
In Xolography una delle principali variabili diventa invece la wavefront della luce.
Microlenti, polarizzazione, coerenza, phase profile, structured beams e speckle diventano parametri produttivi quanto il materiale.
È un cambiamento interessante perché avvicina la progettazione delle stampanti volumetriche più all’ottica avanzata e alla litografia che alle normali macchine additive.
Anche Airy e Bessel beam portano però nuovi compromessi
Non esiste una geometria del fascio perfetta per qualsiasi applicazione. Un Bessel beam possiede un core molto interessante ma anche anelli laterali. Un Airy beam contiene una serie di lobi e una distribuzione asimmetrica. Gli elementi necessari per generarli aggiungono:
- costo;
- allineamento;
- perdite ottiche;
- calibrazione.
Un spatial light modulator può offrire grande flessibilità ma introduce elettronica e limitazioni di efficienza. Un axicon è semplice ma meno programmabile. Una metalens potrebbe essere estremamente compatta ma comportare produzione e ottimizzazione specifiche.
Il brevetto copre molte configurazioni proprio perché la soluzione migliore può cambiare a seconda della dimensione della macchina.
La famiglia brevettuale è ormai piuttosto ampia
Questo sviluppo va inoltre letto insieme all’attività brevettuale sempre più intensa di xolo. La società possiede già proprietà intellettuale sulla dual-color photopolymerization originale e sta depositando ulteriori famiglie su:
- nuovi fotoiniziatori;
- nuovi naphthopyran photoswitch;
- light-sheet generation;
- multi-color exposure;
- biocompatible resins;
- produzione di optical elements;
- architetture ottiche.
L’impressione è quella di una tecnologia che sta passando dalla dimostrazione iniziale del principio alla ottimizzazione sistematica di tutti i suoi sottosistemi.
Il brevetto sul beam shaping è particolarmente significativo perché interviene su un problema che compare proprio quando il principio di base funziona abbastanza bene da rendere visibili difetti molto più sottili.
Nel 2020 la domanda era:
riusciamo davvero a creare un oggetto volumetricamente con due colori di luce?
Nel 2026 una domanda è diventata:
come eliminiamo una rugosità di circa un micrometro causata dall’interferenza del light sheet?
È un cambiamento di livello tecnologico non trascurabile.
La conclusione più interessante non riguarda quindi soltanto gli Airy beam
La nuova application statunitense rende Airy e Bessel beam protagonisti perché li porta direttamente nelle rivendicazioni. Ma il principio industrialmente più importante è più ampio: nella stampa volumetrica la qualità della parte può essere determinata dalla struttura statistica e spaziale della luce molto prima che dal post-processing.
xolo mostra nel brevetto che modificare soltanto il sistema ottico, mantenendo il principio di stampa e una formulazione comparabile, può diminuire fortemente le striature osservate.
Il valore sperimentale va comunque mantenuto nella giusta prospettiva. Il confronto su due piccoli parallelepipedi è molto promettente, ma non dimostra ancora lo stesso miglioramento su ogni resina, geometria o dimensione; soprattutto non prova che sia specificamente l’Airy beam a produrre il Ra di 0,088 µm.
Quello che dimostra è che la light-sheet engineering è ormai una delle leve decisive per migliorare la Xolography.
E forse è proprio questo l’aspetto più interessante del brevetto: una tecnologia nata per eliminare i layer sta ora scoprendo che, una volta tolti i difetti tipici della produzione layer-by-layer, emergono quelli propri dell’ottica ondulatoria.
La soluzione proposta non consiste nel levigare meglio il pezzo.
Consiste nel progettare meglio la luce prima ancora che il pezzo esista.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
