Come un ‘Y-Zipper’ mette in evidenza il potenziale della stampa 3D

La stampa 3D, o manifattura additiva, è spesso presentata come il futuro della produzione. E in molti modi lo è già, poiché viene impiegata per apparecchiature avanzate come ugelli per razzi, parti di droni o impianti medici su misura.

Ciò che rende unica la stampa 3D è la sua capacità di creare forme intricate che sarebbero molto difficili o addirittura impossibili da produrre con metodi tradizionali. Di conseguenza, si aprono possibilità di progettazione completamente nuove.

Quindi, anche se alcune forme tradizionali di produzione, come lo stampaggio o la lavorazione meccanica, rimarranno probabilmente in uso per componenti di base, la stampa 3D viene sempre più impiegata per esplorare nuove idee e riconsiderare concetti che erano stati abbandonati a causa della complessità produttiva.

Un esempio recente è il “Y-zipper”, un concetto nato negli anni ’80, inventato da un professore del MIT. Simile nei principi di base alla tradizionale cerniera piatta, lo Y-zipper è a tre lati e può assumere forme molto più complesse.

Il brevetto di oltre 40 anni è stato recentemente rivisitato da ricercatori del MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), dell’Università di Tianjin (Cina), della Technical University of Munich (Germania) e dell’Università Keio (Giappone).

Utilizzando la moderna tecnologia di stampa 3D, hanno creato e testato diverse versioni dello Y-zipper e ne hanno esplorato le potenziali applicazioni in medicina, robotica e beni di consumo. Hanno pubblicato i loro risultati presso l’Association for Computing Machinery (ACM)¹, con il titolo “Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly”.

Spiegazione della cerniera

Le cerniere sono realizzate assemblando due serie di denti di plastica o metallo perfettamente identici. Un meccanismo di bloccaggio spinge i denti all’angolo esatto necessario e può invertire il meccanismo quando viene tirato nella direzione opposta.

In realtà ci sono voluti quasi 20 anni perché il concetto diventasse un successo commerciale. Questo perché, per essere affidabile e non rovinare la borsa, i vestiti o altri oggetti chiusi con la cerniera, deve essere fabbricato con estrema precisione affinché ogni dente sia perfetto.

Di conseguenza, il mercato odierno delle cerniere è dominato da un’unica azienda, YKK, una società giapponese che ha costruito il suo dominio su questo mercato grazie all’alta qualità e affidabilità delle sue cerniere, supportata da una totale integrazione verticale.

Rigidità regolabile

Una nuova classe di materiali cerca di aggiungere alle proprietà intrinseche del materiale una flessibilità extra, ad esempio passando da flessibile a rigido, senza modificare la composizione del materiale.

Tali transizioni da rigido a flessibile sono una proprietà talvolta definita come rigidità regolabile. Sono stati esplorati molti metodi per ottenere questo risultato, tra cui strutture gonfiabili, meccanismi ispirati all’origami e assemblaggi basati su Velcro. Tuttavia, tutti soffrono di problemi di durata, facilità di produzione o forme possibili limitate.

Un altro approccio è utilizzare cerniere che sono rigide quando chiuse e flessibili quando aperte. Alcune opzioni sono state sviluppate, ad esempio:

• StructCurves riconfigura le cerniere in moduli a forma di blocco per aumentare la stabilità nello stato chiuso,
• Touch-n-Curl introduce topologie di cerniere ramificate per stabilizzare superfici complesse e curve.

Tuttavia, entrambi i metodi utilizzano geometrie dei denti complesse che richiedono un assemblaggio manuale, pezzo per pezzo. Questo alla fine mina uno dei vantaggi fondamentali della cerniera: la sua operazione rapida e reversibile.

Un’altra opzione, zip-chain actuators, conserva una catena che diventa rigida quando viene alimentata e bloccata.

Questi progetti offrono un’estensione rapida e reversibile con alta rigidità assiale, ma richiedono hardware e tolleranze specializzate, non possono essere adattati automaticamente a geometrie diverse e non sono stampabili tutto in uno.

Quindi il metodo ideale dovrebbe combinare la velocità tradizionale e la reversibilità di una cerniera normale con la rigidità regolabile degli attuatori zip-chain, qualcosa che lo Y-zipper finalmente realizza.

Fonte: ACM

Spiegazione del concetto Y-Zipper

Un’invenzione di 40 anni riportata in vita

Il concetto di Y-zipper è stato inventato da William Freeman, formando una forma triangolare, dove su ogni lato ha fissato una cintura per collegare insieme “denti” di legno stretti. Un cursore avvolto attorno al dispositivo poteva essere spostato per raddrizzarlo in un tubo triangolare.

All’epoca, il concetto suscitò poco interesse, ma Freeman brevettò comunque la sua invenzione (patent #4,757,577).

Fonte: MIT

L’apertura o la chiusura dello Y-zipper può essere eseguita manualmente, tramite corda di tiro o mediante movimento robotico.

Il movimento manuale è il più semplice, aiutato da una presa sulla superficie inferiore del cursore. La corda di tiro può essere attivata da un motore fisso. Nel frattempo, l’attuazione robotica/dinamica meccanica ha utilizzato un motore N20, un microcontrollore, un ricevitore wireless, due ingranaggi personalizzati stampati in 3D aggiuntivi e una batteria in un involucro di 15 mm × 25 mm × 35 mm che pesa solo 18 g. L’attuatore poteva essere controllato wireless via Bluetooth fino a distanze di 25 m.

Fonte: ACM

Può essere scalato a lunghezze estese, fino a 3 metri (10 piedi), adattandosi a una vasta gamma di fattori di forma e applicazioni.

Il cursore è composto dal separatore superiore, che divide le strisce durante lo sblocco, e dal convergente inferiore, che le unisce durante la chiusura.

Fonte: ACM

La stabilità della cerniera deriva dalla sua struttura a tre vie interbloccante, che consente una chiusura fluida e rapida (a velocità di 30 cm/s). A differenza di altri progetti di cerniere, i denti più semplici possono muoversi rapidamente e sono facili da produrre.

“Rispetto ai denti delle cerniere convenzionali, la cui funzione principale è tenere insieme i due lati dell’oggetto da chiudere (come il coperchio e il corpo di una valigia), il ruolo più critico dei denti dello Y-zipper è fornire un adeguato supporto strutturale allo Y-zipper nello stato chiuso.”

I ponti sono la parte che fornisce l’integrità strutturale dell’intera catena, o l’“unità portante della forza di trazione”.

I nodi a sfera e le prese forniscono un allineamento aggiuntivo durante la chiusura e hanno principalmente la funzione di resistere alle forze di taglio, impedendo ai denti della cerniera di scorrere l’uno contro l’altro.

Fonte: ACM

Come può muoversi lo Y-Zipper?

Nella sua forma più semplice, lo Y-zipper può semplicemente essere formato in un tubo rigido a forma triangolare quando assemblato.

Un’altra opzione semplice è un arco curvo, grazie a una delle file che presenta denti non uniformi e ponti curvi. L’angolo di piega e il raggio di curvatura effettivo possono essere regolati finemente attraverso diverse forme dei denti e previsti mediante un modello computerizzato.

Un’altra opzione è modificare gli angoli intersegmentali, creando una bobina.

Fonte: ACM

Infine, può anche essere assemblato in forma di vite, sia in rotazione oraria che antioraria. L’angolo totale della vite può essere variato, fino a un punto in cui si verifica un eccessivo disallineamento angolare tra i denti adiacenti.

Fonte: ACM

Creare forme utili e versatili

Le forme dritte e piegate non sono mutualmente esclusive e possono essere combinate per creare una grande varietà di forme nella forma finale chiusa. Ciò significa che lo Y-zipper potrebbe alla fine essere usato per creare una struttura flessibile attivabile di quasi qualsiasi forma, sebbene non modificabile una volta fissato il design.

Fonte: ACM

Una vasta gamma di materiali potrebbe essere utilizzata per lo Y-zipper. Questo potrebbe includere, naturalmente, legno, come nel brevetto originale, ma anche plastica flessibile come poliuretano termoplastico (TPU), plastica comune per stampa 3D come acido polilattico (PLA) e persino tessuti, che potrebbero includere materiali come fibra di Kevlar.

Per creare ancora più flessibilità nei potenziali progetti, sono necessarie connessioni tra diversi Y-zipper. A tal fine, i ricercatori hanno creato un giunto che può collegare fino a tre Y-zipper.

Fonte: ACM

Poiché lo scopo dello Y-zipper è di essere facilmente dispiegato quando necessario, lo stoccaggio compatto è anche una caratteristica ricercata dagli utenti. Pertanto i ricercatori hanno proposto un metodo per arrotolare la cerniera per una conservazione efficiente, comprimendo una cerniera di 0,5 m (1,6 piedi) in un contenitore cilindrico con un’altezza di soli 10 cm (4 pollici) e un raggio di 25 mm (1 pollice).

Fonte: ACM

Portare lo Y-Zipper nella vita reale

Applicazioni dello Y-Zipper

Una delle applicazioni più pronte per il mercato dello Y-zipper è quella dei tutori medici, poiché la stampa 3D è già spesso utilizzata per applicazioni simili.

Ad esempio, un tutore per il polso potrebbe rimanere in uno stato flessibile durante il giorno, consentendo movimenti liberi del polso, evitando rigidità e atrofia muscolare, e diventare rigido durante il sonno del paziente per evitare lesioni secondarie. La possibilità di muovere la cerniera con una sola mano senza assistenza è un vantaggio aggiuntivo.

Fonte: ACM

Un’altra possibilità è creare arti regolabili per robot. In un prototipo semplice, i ricercatori hanno creato un robot che può regolare rapidamente la sua altezza da 60 mm a 245 mm (2,3 – 9,6 pollici) in meno di 3 secondi.

“A differenza dei tradizionali meccanismi telescopici o multi-articolati, lo Y-zipper ottiene una lunghezza della gamba regolabile utilizzando solo quattro tubi leggeri, senza collegamenti aggiuntivi o cinematica complessa.”

Fonte: ACM

Una terza applicazione può essere il rapido montaggio e smontaggio di tende da campeggio. I ricercatori hanno creato una struttura composta da quattro Y-zipper, un giunto che li collega e quattro ancoraggi d’angolo della tenda. Il tempo totale di montaggio è stato di circa 1 minuto e 20 secondi.

Fonte: ACM

Testare i limiti

Naturalmente, qualsiasi applicazione reale dipenderà dalla durabilità del progetto. I ricercatori hanno sottoposto il design a test di stress eseguendolo ininterrottamente per 1 giorno e 15 ore, completando più di 18.000 cicli, uno ogni 8 secondi, prima che si verificasse una frattura all’interfaccia tra i denti e i ponti.

Nel complesso, oltre 18.000 cicli, soprattutto sui prototipi iniziali, dimostrano che il design è già sufficientemente robusto per la maggior parte dei casi d’uso commerciali.

Materiali più resistenti e metodi computazionali per prevedere e compensare la flessione gravitazionale potrebbero essere impiegati per migliorare ulteriormente le prestazioni.

La precisione dello Y-zipper è limitata dalla risoluzione della stampa 3D. La larghezza di striscia funzionale più stretta che hanno raggiunto è stata di 8 mm (0,3 pollici). Metodi di stampa più avanzati o futuri sviluppi della stampa 3D potrebbero creare Y-zipper ancora più piccoli.

In ogni caso, lo Y-zipper è un ulteriore esempio del potenziale della stampa 3D non solo nel sostituire i metodi di progettazione e produzione esistenti, ma nell’aprire la strada a progetti completamente nuovi.

Investire nella stampa 3D / manifattura additiva

Nano Dimension

Nano Dimension è iniziata con un focus sull’elettronica stampata in 3D. Questa posizione è evoluta quando ha acquisito successivamente, in operazioni interamente in contanti nel 2025, i suoi concorrenti Desktop Metal e Markforged. Questo ha aggiunto molti nuovi materiali, inclusi metalli ad alta tolleranza, all’offerta dell’azienda e ha contribuito a consolidare il mercato dell’elettronica stampata in 3D.

Ciò ha anche creato economie di scala unendo la base clienti che include SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, ecc.

Infine, le aziende acquisite erano per lo più attive in diverse aree geografiche, con Nano Dimension in Europa e Desktop Metal negli Stati Uniti, consentendo sinergie mediante la fusione dei loro team di vendita.

Fonte: Nano Dimension

Nel 2026, Nano Dimension ha rifocalizzato il suo portafoglio prodotti con la vendita delle tecnologie di stampa elettronica 3D e della sua linea di prodotti “Fabrica” a Inspira Technologies (IINN )

L’azienda risultante si concentrerà sul metal binder jetting (stampa 3D metallica), sulla piattaforma software e sulla Fused Filament Fabrication (FFF), e su un cambiamento complessivo dall’integrazione delle M&A del 2025 al potenziamento di una piattaforma tecnologica unificata nei suoi mercati globali.

Gli investitori devono essere consapevoli che l’azienda ha da tempo difficoltà a gestire un reddito netto positivo, in parte a causa delle acquisizioni e degli investimenti per migliorare la sua tecnologia.

Nel primo trimestre del 2026, Nano Dimension ha aumentato i ricavi del 106% su base annua, raggiungendo $29,7 M, e ha registrato una perdita di $12,5 M nell’EBITDA rettificato e una perdita netta di $69,7 M. Possedeva $441,6 M in contanti e altre attività liquide equivalenti.

Pertanto, il futuro delle azioni dell’azienda sarà legato alla sua capacità di crescere insieme all’industria della stampa 3D nel suo complesso e difendere la sua posizione di leader tecnologico.

Ultime Nano Dimension (NNDM) Notizie e sviluppi sulle azioni

Studio citato

^{1. Jiaji Li, et al. Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly. CHI ’26: Atti della Conferenza CHI 2026 sui fattori umani nei sistemi informatici. Numero articolo: 754, Pagine 1 – 17. https://doi.org/10.1145/3772318.3790723}