Orizzonti di progettazione algoritmica e fabbricazione robotica. Sviluppo di un sistema avanzato di rivestimento in cemento biodinamico

The ability to imagine future scenarios has always guided the development of new design practices and construction techniques capable of implementing architectures that authentically interpret the spirit of time. Over the last decade, the evolution of digital technologies has unveiled a high potential perspective for the building construction field, a new paradigm that redefines the premises on which the development of the built environment is set. Indeed, if on the one hand, computational design methods make it feasible the generation and handling of logical and organizational multi-parametric systems, in which formal and functional aspects are conjugated in the definition of consistent and sustainable architectural bodies, on the other hand, the industrial robot arms allow the development of flexible and reconfigurable manufacturing processes, where variation and complexity are managed with efficiency. The aim of this thesis is to experimentally demonstrate the potentialities of an integrated approach to design and manufacture, shape and performance, concept and matter. The original contribution of the work consists in the development of an advanced biodynamic cement cladding and it has been carried out within the Digital Takes Command exhibition, organized by La Triennale di Milano and Politecnico di Milano. The project involved the generation of an informed and interdependent system in which formal, structural, daylighting, energy and manufacturing aspects bring about the definition of the geometry in accordance with the set rules. Furthermore, an innovative moulding system has been implemented by the integration of robotic cutting and thermo-forming processes. This system leads to an efficient fabrication of custom concrete elements. The manufacturing process has been experimentally tested through the production of a mock-up consisting of 60 biodynamic cement panels, all different from each other. The parametric design method has also been applied to a case study on real scale for the analysis of energy, daylighting and structural performances. Eventually, as an appendix to the development of the system, a hypothesis of a large-scale application of the production process has been formulated. The results show the maturity of the instruments and the existence of the efficiencies required for a development of the construction field that allows a complete expression of shapes, materials, performances and processes, the essence of the architectures.

La capacità di immaginare scenari possibili ha da sempre guidato lo sviluppo di nuove pratiche progettuali e tecniche costruttive in grado di porre in essere architetture che interpretassero autenticamente lo spirito del tempo. Nell’ultimo decennio l’evoluzione delle tecnologie digitali ha disvelato una prospettiva dall’alto potenziale per il comparto delle costruzioni, un nuovo paradigma che ridefinisce le premesse su cui impostare lo sviluppo dell’ambiente costruito. Infatti, se da un lato, attraverso i metodi di progettazione computazionale si rendono praticabili la generazione e la gestione di sistemi logico-organizzativi multi-parametrici, in cui aspetti formali e funzionali sono coniugati nella definizione di enti architettonici consistenti e sostenibili, dall’altro, i bracci robotici industriali consentono la messa a punto di processi produttivi flessibili e riconfigurabili, dove variazione e complessità sono governate con efficienza. L’obiettivo di questa tesi è dimostrare sperimentalmente le potenzialità di un approccio integrato tra progettazione e fabbricazione, forma e prestazione, idea e materia. Il contributo originale del lavoro consiste nello sviluppo di un sistema avanzato di rivestimento in cemento biodinamico ed è stato elaborato all’interno della mostra Digital Takes Command, organizzata da La Triennale di Milano e Politecnico di Milano. Il progetto ha previsto la generazione di un sistema informato e interdipendente in cui aspetti di natura formale, strutturale, illuminotecnica, energetica e fabbricativa attuano la definizione della geometria in funzione delle regole impostate. Inoltre, è stato messo a punto un sistema innovativo di casseratura, integrando processi di taglio robotico e termo-formatura, che consente la fabbricazione efficiente di elementi personalizzati in calcestruzzo. Il processo di fabbricazione è stato testato sperimentalmente attraverso la realizzazione di un mock-up costituito da 60 pannelli, tutti differenti, in cemento biodinamico. Il metodo di progettazione parametrico è stato anche applicato a un caso di studio su scala reale per l’analisi delle prestazioni energetiche, illuminotecniche e strutturali. Infine, a corollario dello sviluppo del sistema, è stata formulata un’ipotesi di applicazione su grande scala del processo produttivo. I risultati evidenziano la maturità degli strumenti e l’esistenza delle efficienze necessarie per uno sviluppo del comparto delle costruzioni che permetta un’espressione compiuta delle forme, dei materiali, delle prestazioni e dei processi, sostanza delle architetture.