Miglioramenti passivi della comunicazione 6G con pannelli stampati in 3D

La scienza dei materiali è il dominio della comprensione dei materiali a livello microscopico, spesso atomico, per migliorarli. L’obiettivo più comune è rendere un materiale più resistente rispetto alla sua forma classica, sia esso acciaio, vetro o ceramica.

I metamateriali portano il concetto un passo oltre modificando la struttura del materiale, conferendogli caratteristiche diverse dalle proprietà dei materiali di base da cui è composto. Questo si ottiene più spesso creando pattern ripetuti di forma, geometria, dimensione, orientamento precisi, ecc.

Tali metamateriali possono essere usati per codificare dati, creare fonti di luce quantistica scalabili, creare strutture auto-assemblanti con DNA, e possono persino essere stampati a laser 3D

La maggior parte delle metasuperfici passive funziona bene solo per una polarizzazione, una banda di frequenza o un angolo di incidenza, il che ne limita l’uso pratico.

Un nuovo design chiamato metacrystals, creato con una forma di stampa 3D, è invece proposto da ricercatori dell’Università di Aalto (Finlandia) e della Stanford University (USA), che può “abilitare risposte multiplexate altamente complesse a più onde incidenti simultaneamente e indipendentemente”.

È stato pubblicato su Nature Communications¹, con il titolo “Metacrystals: inversely-designed 3D-printed intelligent panels for 6G communication”. Questa scoperta potrebbe avere importanti applicazioni nelle telecomunicazioni 6G e in altri sistemi wireless, a basso costo.

Metacrystal per le telecomunicazioni 6G

Applicazioni nella tecnologia 6G

Le telecomunicazioni 6G promettono velocità di trasmissione più elevate, migliore efficienza energetica e latenza ridotta utilizzando frequenze come le onde millimetriche (mm) e le bande sub-THz. Queste frequenze radio offrono un grande potenziale per la trasmissione dei dati, ma presentano sfide proprie: alta attenuazione atmosferica, perdita di percorso nello spazio libero e effetti di scattering più severi quando incontrano ostacoli.

Ciò costringe gli ingegneri a fare affidamento su fasci direzionali per la comunicazione invece della tradizionale propagazione multipath.

Fonte: ResearchGate

Grazie alle loro proprietà uniche di riflessione o rifrazione, le metasuperfici potrebbero essere posizionate strategicamente su pareti, soffitti e persino finestre per migliorare sostanzialmente la copertura del segnale sia indoor che outdoor.

In particolare, i design passivi sono attraenti perché non necessitano di alimentazione elettrica e possono essere prodotti a basso costo. Questo è particolarmente vero poiché le metasuperfici programmabili si sono finora dimostrate troppo costose per una diffusione su larga scala, oltre al loro ingombrante ingombro fisico (circa un metro quadrato).

“Sebbene l’approccio di design tradizionale richiederebbe tre superfici intelligenti separate per coprire le funzionalità specificate, il metacrystal proposto può sostituirle tutte, risparmiando spazio di distribuzione, minimizzando l’uso di materiale ed evitando possibili problemi di interferenza.”

Idealmente, il metamateriale perfetto sarebbe una superficie intelligente in grado di operare efficacemente su entrambe le polarizzazioni del segnale, su più bande di frequenza, su vari angoli di arrivo e persino simultaneamente.

Cosa sono i Metacrystals?

Il materiale proposto in questo studio, i metacrystals, sono “compositi binarizzati tutto-dielettrici”.

In sostanza, ciò significa che un metacrystal passivo può ricevere un segnale e riemetterlo in un’altra direzione con perdita minima o consumo energetico ridotto, rendendolo un perfetto ripetitore per segnali di telecomunicazione come il 6G che altrimenti potrebbero essere ostacolati, soprattutto in ambienti urbani.

Fonte: Nature Communications

“La natura passiva e amichevole alla fabbricazione del metacrystal lo rende un candidato attraente per l’integrazione in infrastrutture statiche, dove sono prioritari basso costo, basso consumo energetico e alto controllo direzionale.”

Il termine stesso deriva dalla somiglianza materiale sia ai cristalli fotonici (che supportano più ordini di diffrazione) sia ai metamateriali (con blocchi costruttivi molto al di sotto della lunghezza d’onda).

Realizzare i Metacrystals

I ricercatori hanno creato tre dimostratori per dimostrare che il concetto era realizzabile con un esempio reale e per testare i metodi di produzione.

Il design stesso ha impiegato molte tecniche complesse già usate per la produzione di metamateriali, come il metodo di design inverso basato sull’ottimizzazione topologica adjoint.

Per i primi due dimostratori, hanno usato “distribuzioni di permittività in scala di grigi”, ovvero variazioni lente delle proprietà del cristallo sulla sua superficie.

Fonte: Nature Communications

Il terzo dimostratore è stato fabbricato usando la stampa 3D. I ricercatori hanno aggiunto sottili strati di supporto per garantire l’integrità strutturale e renderlo adatto all’implementazione con le capacità di stampa 3D esistenti.

I metacrystals possono essere progettati per corrispondere a molte frequenze diverse, ma i ricercatori si sono concentrati sull’area dei 100 GHz, utile per le telecomunicazioni: 100 GHz, 99 GHz e 102,53 GHz.

“Il percorso di fabbricazione a singolo ugello, a basso costo, basato su FDM dimostrato è direttamente applicabile fino a ~ 100 GHz, coprendo già le gamme spettrali più discusse a breve termine rilevanti per il 6G, inclusa la gamma mm-wave nei 24–71 GHz.”

Metacrystals a più strati per più segnali

Un vantaggio fondamentale dei metacrystals utilizzati qui è che non solo funzionano come riemettitori in una direzione stretta, ma possono anche operare con più segnali simultaneamente, rendendo un dato riemettitore molto più utile come antenna.

Gli angoli di 0°, 20° e 45° sono stati scelti per testare il concetto. Ma qualsiasi altro numero o più angoli avrebbero potuto essere possibili altrettanto.

“Il numero di funzionalità simultanee non è fondamentalmente limitato. Un numero maggiore tipicamente richiede un metacrystal con spessore più grande. Questo esempio illustra quindi che possiamo selezionare gli angoli di arrivo da diversi trasmettitori in modo indipendente.”

Stampa 3D di antenne

Utilizzando la stampa 3D per il terzo prototipo, i ricercatori miravano a creare una risposta insensibile alla polarizzazione nel metacrystal risultante, poiché è una caratteristica essenziale in molte situazioni pratiche.

Per semplificare la produzione, hanno usato un solo materiale durante la fabbricazione, acido poliacrilico (UltiMaker PLA di colore argento), alternandolo spazialmente con spazi d’aria (poiché l’aria ha una permittività diversa).

Altri materiali di filamento per stampante disponibili commercialmente potrebbero essere usati, ad esempio filamenti come “Zetamix ε” (un filamento di stampa 3D di Nanoe progettato specificamente per applicazioni a radiofrequenza (RF) e microonde) hanno anche una buona permittività.

Questi metodi aprono la strada a opzioni di fabbricazione a bassa perdita e a basso costo per tali metacrystals, probabilmente molto più economiche rispetto alle antenne tradizionali e ad altri metamateriali.

Test delle telecomunicazioni

Per testare le prestazioni nel mondo reale delle loro antenne metacrystal, i ricercatori hanno utilizzato una stanza di misura dedicata (senza eco). Le prestazioni sono state testate in uno scenario non line-of-sight.

Per mantenere un contesto più vicino alle condizioni reali, diversi supporti all’interno della camera anecoica sono stati lasciati scoperti da assorbitori, introducendo ulteriori fonti di scattering.

La presenza dell’antenna metacrystal aumenta notevolmente la potenza del segnale risultante.

Fonte: Nature Communications

Grande potenziale

Pur essendo stato testato principalmente per il 6G e una frequenza specifica, il metodo descritto in questo studio può essere molto più versatile.

Ad esempio, estendere i metacrystals alle frequenze sub-THz e THz richiederebbe principalmente una produzione a risoluzione più alta, con diversi compromessi costo/throughput rispetto al percorso a basso costo FDM usato qui.

Questa maggiore precisione può arrivare fino alla microfabbricazione a polimerizzazione a due fotoni, dove è disponibile il controllo della dimensione delle caratteristiche fino a ~ 100 nm.

L’approccio è completamente compatibile con la produzione tradizionale di stampa 3D, il che lo rende scalabile, conveniente e adatto alla produzione di massa.

Ad esempio, i ricercatori stimano che il costo di fabbricazione (materiali di consumo) di un metacrystal con un’area superficiale simile ai prototipi dello studio sia solo 15 $.

In installazioni pratiche, il pannello metacrystal potrebbe essere confezionato per durabilità ambientale, ad esempio usando uno strato di incapsulamento, e supportato da manutenzione di routine per preservare le sue prestazioni a lungo termine.

Investire nei materiali telecom 3D stampati

Nano Dimension

Questo studio è solo uno tra i tanti che dimostrano che la stampa 3D ha molte più potenziali applicazioni rispetto a parti complesse rare o al prototipaggio. Creando una struttura altamente replicabile ed elaborata che uno stampo non potrebbe mai realizzare, può trasformare materiali economici come i filamenti plastici in un materiale straordinario per le telecomunicazioni. Tuttavia, colmare il divario tra prototipi accademici a basso costo e produzione di massa commerciale rimane una sfida complessa, attirando un’intensa attenzione verso i leader del mercato industriale.

Nano Dimension è iniziata con un focus sull’elettronica stampata in 3D, pionierando le Additively Manufactured Electronics (AME) per gestire geometrie spaziali complesse. Questa posizione è evoluta quando, in transazioni interamente in contanti nel 2025, ha acquisito i suoi concorrenti Desktop Metal e Markforged. Questo ha aggiunto molti nuovi materiali, inclusi metalli ad alta tolleranza, all’offerta dell’azienda, e ha aiutato a consolidare il mercato dell’elettronica stampata in 3D.

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

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

Fonte: Nano Dimension

Tuttavia, scalare la tecnologia proprietaria a nanoparticelle per competere con alternative ultra a basso costo si è rivelato un peso finanziario notevole. Per ora, l’azienda rimane concentrata sulla dimostrazione dell’economia commerciale delle sue piattaforme multi-materiale, navigando un cambiamento complessivo dall’integrazione delle operazioni di M&A del 2025 alla scalatura di una piattaforma tecnologica unificata nei suoi mercati globali.

Gli investitori devono essere consapevoli che l’azienda ha da tempo faticato a gestire un utile netto positivo, riflettendo le più ampie sfide macroeconomiche e le difficoltà operative che il settore della produzione additiva industriale sta affrontando.

Nel primo trimestre del 2026, Nano Dimension ha registrato una crescita dei ricavi del 106 % su base annua, raggiungendo 29,7 M $, e ha registrato una perdita di 12,5 M $ in EBITDA rettificato e una perdita netta di 69,7 M $. Detiene 441,6 M $ in liquidità e altri attivi equivalenti.

Quindi il futuro dell’azione dell’azienda sarà strettamente legato alla sua capacità di trasformare l’ingegneria strutturale avanzata in ricavi commerciali sostenibili, difendendo al contempo la sua posizione di leader tecnologico in un mercato in rapida evoluzione.

Ultime notizie e sviluppi azionari di Nano Dimension (NNDM)

Studio citato

^{1. Mohammad M. Asgari, et al. Metacrystals: inversely-designed 3D-printed intelligent panels for 6G communications. Nature Communications 17, 4912 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73019-x}