La stampa 3D volumetrica (Volumetric Additive Manufacturing, VAM) — e in particolare la Computed Axial Lithography (CAL) — solidifica un oggetto all’interno di un volume di resina fotopolimerica in un’unica “esposizione” calcolata, mentre il contenitore ruota e un motore ottico proietta una sequenza di pattern. Il brevetto WO2025264974A1, depositato con assegnazione a Cornell University e con inventori Robert F. Shepherd, Youngjune Park, Cameron Darkes-Burkey, propone una soluzione specifica per rendere questa architettura più scalabile: gestire in modo attivo e passivo la temperatura durante la polimerizzazione, perché la reazione è esotermica e la scala amplifica gli effetti termici che degradano la qualità.
Perché la scala è difficile in CAL/VAM: runaway termico, convezione e perdita di fedeltà
Nella VAM il “vantaggio” — solidificare in pochi minuti un intero volume — diventa anche un rischio: più resina significa più energia rilasciata in breve tempo. Nel brevetto si descrive che l’aumento di temperatura accelera diffusione e cinetiche di reazione, favorendo polimerizzazione indesiderata (“dark curing”), convezione nel volume e perdita di precisione. La conseguenza pratica è che, oltre certe dimensioni, una stampa che a piccolo formato riesce pulita può collassare in masse sovracurate o attaccate alle pareti del contenitore.
L’idea centrale: una “vial” in fluido circostante a indice abbinato, con opzioni di raffreddamento attivo
L’architettura proposta mette una fiala (vial) di resina dentro una vasca (vat) di fluido circostante (“surround fluid”). Il punto non è solo raffreddare: il fluido deve anche essere otticamente compatibile, con indice di rifrazione sostanzialmente abbinato a quello della resina e dei componenti trasparenti, così da non distorcere i raggi proiettati. Il brevetto descrive varie configurazioni: piastre raffreddate, tubazioni di raffreddamento nel fluido circostante, ricircolo verso uno scambiatore, e persino elementi trasparenti termoregolati (aste/rod o condotti) che possono entrare nel volume per rimuovere calore più vicino alle zone in reazione, mantenendo la “via ottica” pulita.
Numeri e condizioni operative citate: energia rilasciata, temperature, parametri ottici
Nel racconto tecnico collegato al brevetto, il problema termico viene quantificato con un esempio (energia rilasciata nella polimerizzazione di un cilindro) e con una strategia concreta: mantenere il bagno circostante a circa 276 K usando un fluido come immersion oil (in abbinamento di indice), e monitorare la temperatura con sensori a contatto o non-contatto. La piattaforma usa un motore ottico a 405 nm e controlla intensità luminosa, rotazione e flussi di raffreddamento. Vengono citati anche esempi di formulazioni e foto-iniziatori (es. Irgacure 907) e resine tipo BPA/PEGDA, perché l’assorbimento e la cinetica fotochimica influenzano sia la profondità utile sia il calore generato.
Claim prestazionali: volume e throughput dichiarati, e cosa significano in pratica
Nel testo divulgativo basato sul brevetto si riportano claim fino a 350 cm³ e throughput oltre 23 cm³/min, con oggetti dell’ordine di 9 × 7 × 7 cm “in minuti” e risoluzione sotto il millimetro. Se tali valori fossero riproducibili su geometrie complesse e su una varietà di resine, la VAM potrebbe coprire una fascia oggi scomoda: pezzi più grandi del tipico “centimetro-class” di molte demo CAL, ma ancora nel dominio dei fotopolimeri dove la finitura e l’isotropia possono essere interessanti.
Dettagli “da produzione”: drenaggio della resina, pulizia e carousel di fiale
Oltre al raffreddamento, il brevetto descrive accorgimenti per rendere il flusso più industrializzabile: fiale con porte inferiori per drenare resina non polimerizzata e flushing con soluzione di pulizia o aria; e un carosello/loader che può spostare più fiale in sequenza verso la stazione di esposizione e rotazione, riducendo i tempi morti tra una stampa e la successiva. È anche prevista la possibilità di overprinting su inserti (componenti preesistenti) allineati all’asse di rotazione tramite elementi ferromagnetici: un uso coerente con una delle promesse della VAM, cioè costruire attorno a parti già presenti senza supporti tradizionali.
Cosa resta da dimostrare: materiali, ottica, robustezza e mappe di proprietà
Un brevetto non equivale a una macchina commerciale: mancano dati di affidabilità, catena software completa, certificazioni di materiali e ripetibilità su lotti. Inoltre, l’index matching aggiunge complessità: scelta del fluido, gestione contaminazioni, compatibilità chimica e stabilità ottica nel tempo. Dal punto di vista della qualità, la comunità VAM segnala spesso difficoltà nel confrontare lavori tra loro per mancanza di standard comuni di reporting; e, quando la scala cresce, diventa essenziale misurare proprietà meccaniche e accuratezza in modo spazialmente “mappato” sull’intero volume, non solo su campioni piccoli.
Inquadramento: dove si colloca questo brevetto nella storia della CAL/VAM
La CAL nasce come inversione concettuale della tomografia: invece di ricostruire un oggetto da proiezioni, si usa un set di proiezioni per costruire l’oggetto nel volume. I primi lavori e dimostrazioni hanno evidenziato velocità elevate, assenza di layer-lines e potenziale isotropia; negli anni successivi l’attenzione si è divisa tra risoluzione, nuovi materiali e controllo della dose. La proposta Cornell, centrata sulla gestione termica, si colloca in modo naturale tra i tasselli mancanti per passare da demo “piccole” a volumi più utili per applicazioni di produzione o service.
