Quadratic 3D punta sulla stampa 3D volumetrica a multi-esposizione
La statunitense Quadratic 3D, startup con sede nell’area di Boston, ha ottenuto il brevetto internazionale WO2025227153A1 – “Methods and Systems for Forming an Object by Volumetric 3D Printing”, che descrive un nuovo metodo di stampa 3D volumetrica basato su tre diverse esposizioni luminose all’interno di una vasca di resina fotopolimerica. L’obiettivo è combinare la velocità tipica dei processi volumetrici con un controllo più fine dell’energia depositata nel materiale, migliorando qualità, ripetibilità e potenziale scalabilità del processo.
Chi è Quadratic 3D
Quadratic 3D è nata intorno al 2019 nell’area di Boston e si presenta come una realtà focalizzata esclusivamente sulla stampa 3D volumetrica. La società dichiara di puntare su un processo “senza supporti” e ad altissima velocità, pensato per portare la produzione additiva oltre i limiti tipici della costruzione a strati. Le informazioni disponibili parlano di circa 8 milioni di dollari raccolti e di un team intorno alle venti persone, con un forte accento su ricerca ottica, chimica dei fotopolimeri e sviluppo di sistemi.
Sul proprio sito, Quadratic 3D descrive la tecnologia come una piattaforma per produzione rapida, personalizzazione di massa e assenza di strutture di supporto, con tempi di fabbricazione molto ridotti rispetto ai processi tradizionali layer-by-layer.
Cosa si intende per stampa 3D volumetrica
La stampa 3D volumetrica, o Volumetric Additive Manufacturing (VAM), si distingue dai processi a strati perché mira a solidificare l’intero oggetto in una sola fase, proiettando modelli di luce all’interno di una vasca di resina trasparente. Invece di depositare o esporre uno strato dopo l’altro, il sistema elabora una serie di proiezioni che, combinate, portano alla polimerizzazione selettiva di un volume completo.
Le ricerche sul tema spaziano da approcci tomografici a varianti più specializzate, come la xolografia di Xolo, i sistemi VAM sviluppati da aziende come Readily3D o PERFI, fino a varianti elicoidali (VHAM) o acustiche (DAVP) studiate in ambito accademico. Tutte queste soluzioni hanno un obiettivo comune: ridurre i tempi di stampa mantenendo una buona qualità superficiale e limitando la necessità di supporti.
Il cuore del brevetto: tre esposizioni luminose e un “foglio virtuale”
Nei sistemi volumetrici più diffusi, la vasca di resina è spesso un cilindro trasparente in rotazione: una serie di proiezioni luminose viene inviata nella vasca mentre questa ruota, e l’oggetto emerge dove l’energia totale supera una certa soglia. Il brevetto di Quadratic 3D segue una strada differente: non c’è rotazione della vasca e la solidificazione avviene tramite tre esposizioni distinte, ciascuna a lunghezza d’onda diversa.
Il cuore del metodo è la formazione di un “foglio” virtuale di energia che attraversa il volume di stampa. Questo foglio nasce dall’intersezione di due fasci luminosi: un primo fascio a lunghezza d’onda specifica, che eccita la resina in modo controllato, e un secondo fascio che porta un’immagine ottica, cioè una proiezione 2D di una sezione dell’oggetto. Dove i due fasci si sovrappongono, le molecole della resina cambiano stato ma non solidificano ancora completamente.
In seguito entra in gioco la terza esposizione, con parametri ottici dedicati, che completa la polimerizzazione solo nelle regioni precedentemente attivate. Il processo viene ripetuto per un insieme di “fogli” paralleli finché l’oggetto è completato. Questa sequenza implica una chimica della resina piuttosto sofisticata, basata su fotoiniziatori e possibili specie intermedie che reagiscono in maniera diversa alle tre lunghezze d’onda.
Perché eliminare la rotazione della vasca è importante
Molti sistemi volumetrici tomografici si affidano alla rotazione del contenitore di resina, soluzione efficace ma con alcuni limiti pratici: complessità meccanica e costi più elevati, vincoli sulla dimensione massima della vasca, possibilità di moti indesiderati della resina che possono generare turbolenze o micro-vibrazioni capaci di sfumare i pattern di luce.
Un’architettura senza parti in movimento nella vasca, come quella proposta da Quadratic 3D, mira a migliorare stabilità e ripetibilità del processo e, almeno in teoria, semplifica la scalabilità verso volumi più grandi, perché non richiede l’aumento proporzionale delle masse in rotazione. In cambio aumenta la complessità del sistema ottico, che deve gestire più fasci, livelli di intensità differenti e una sincronizzazione precisa tra i vari “fogli” virtuali.
Multi-esposizione: un concetto noto nell’imaging, meno sfruttato nella stampa 3D
Nell’elaborazione di immagini e nella ricostruzione 3D, l’idea di utilizzare più esposizioni per migliorare la gamma dinamica o la qualità del segnale è ben consolidata. L’originalità del lavoro di Quadratic 3D sta nel portare questo concetto all’interno di un processo di fotopolimerizzazione volumetrica, dove la multi-esposizione non serve solo a “vedere meglio”, ma a definire in modo più preciso dove e quando la resina deve solidificare.
In pratica, si crea una sorta di pipeline fotochimica a stati multipli: una prima esposizione prepara il materiale, una seconda definisce con precisione le regioni che dovranno reagire e una terza completa la trasformazione in solido. Questo consente di distribuire la dose energetica nel tempo, riducendo il rischio di sovra-esposizione o di artefatti legati a fronti di polimerizzazione troppo aggressivi.
Differenze rispetto ad altri approcci volumetrici
Confrontando il brevetto di Quadratic 3D con altri schemi volumetrici, emergono alcune differenze chiave. Rispetto alla xolografia di Xolo, che utilizza due colori per controllare l’attivazione fotochimica della resina, Quadratic 3D introduce esplicitamente tre esposizioni distinte e una geometria del volume di stampa senza rotazione.
Rispetto ai sistemi VAM tomografici per applicazioni biomedicali, come quelli di Readily3D o dei progetti sviluppati in collaborazione con grandi istituti di ricerca europei, il brevetto di Quadratic insiste su un’architettura pensata per alta produttività e su un controllo più granulare del campo di dose tramite il “foglio” virtuale.
In confronto ad approcci elicoidali come il VHAM (Volumetric Helical Additive Manufacturing), il metodo di Quadratic 3D appare meno orientato a geometrie estremamente estese e più a una gestione raffinata dell’energia all’interno di un volume compatto, supportata da rivestimenti interni studiati per minimizzare i riflessi e da un’ottica combinata a più lunghezze d’onda.
Potenziali applicazioni e scenari industriali
Il brevetto non descrive un modello di stampante specifico né indica settori applicativi mirati, ma il posizionamento di Quadratic 3D e il tipo di processo lasciano immaginare diverse aree di interesse industriale.
Tra queste, spiccano i dispositivi biomedicali e wearable personalizzati, dove la combinazione tra velocità e assenza di supporti può ridurre tempi di consegna e post-processing; componenti micro-meccanici o ottici, che beneficiano di superfici interne più uniformi e di geometrie complesse difficili da ottenere con approcci layer-by-layer; la prototipazione rapida per R&D, in cui il tempo tra la definizione del modello 3D e la validazione fisica del pezzo è un fattore critico.
Non essendoci ancora annunci ufficiali di prodotti o specifiche di macchina, è prematuro attribuire a questa tecnologia prestazioni misurabili in termini di volume di stampa, risoluzione o ripetibilità su scala produttiva. Il brevetto però indica che Quadratic 3D sta lavorando a una piattaforma volumetrica orientata all’uso industriale, non solo a un dimostratore da laboratorio.
Questioni aperte e prossimi passi
Come spesso accade quando il punto di partenza è un brevetto, rimangono aperte diverse domande: quali materiali saranno effettivamente compatibili con la sequenza a tre esposizioni, quale sarà la dimensione massima del volume di stampa gestibile mantenendo qualità e uniformità del campo luminoso, e come Quadratic 3D integrerà questo approccio con gli standard di file volumetrici e con software di slicing e simulazione dedicati.
Finché non verrà presentata una stampante commerciale o una piattaforma dimostrativa accessibile a clienti e beta-tester, il processo descritto continuerà a essere soprattutto una promessa tecnologica. Il deposito e la pubblicazione del brevetto mostrano però che Quadratic 3D considera la propria tecnologia sufficientemente matura da volerla proteggere a livello internazionale, segnale di un possibile passaggio verso la fase di industrializzazione.
