Farm share. Potenzialità della stampa 3D applicata all’involucro e alla struttura degli edifici. Analisi e caso di studio : una residenza per studenti nell’ex-area Expo a Milano

The main topic of this research is the use of 3D-printing in architecture, which is a field that, in spite of many others, was not deeply investigated yet, even if there are some applications of this technology at different scales and contexts around the world. This dissertation is aimed at analysing the potentialities of additive manufacturing in construction by adopting it in a real case study project: a student house in the Expo site in Milan; this building is a place where different functions are intertwined: it hosts a horizontal farm, which makes visitors and residents collaborate and work together. Because of this, apartaments are surrounded by supporting facilities for students and for the farming functions, such as the façade of the building which is the result of a parametric study to find the best surface orientation to the sunlight to make the crops growing better. The first application of 3D-printing (FDM) is the production of this irregular and curved surface for crops, which is part of a soil-less cultivation system to maximise their growth. The building is coverred by a double-curvature wooden gridshell, whose steel connection nodes are generated by an Evolutionary Structural Optimisation process; the result is a complex shape with cavities: 3D-printing, again, is the only efficient way to produce those objects, through Direct Metal Laser Sintering. To conclude, the high investment in terms of costs and time make this technology far from being the best available nowadays for large scale production in some fields, like architecture, but the high rate of innovation and research are improving and enhancing it very fast, in order to be able to take advantage of it also in this sector.

L’uso della stampa 3D nel campo dell’architettura è un tema ancora poco esplorato, anche se esistono diversi esempi di un utilizzo di questa tecnologia, a scale molto diverse tra loro. La presente trattazione ha il fine di indagare le potenzialità dell’additive manufacturing applicandola ad un caso progettuale: una residenza per studenti nell’exarea Expo2015 a Milano, le cui funzioni residenziali si intersecano con quelle di una Horizontal Farm, creando una collaborazione tra abitanti e visitatori esterni. Il progetto presentato prevede alloggi circondati da una serie di ambienti di supporto alla Farm e da aree coltivate, sfruttando le superfici orizzontali e verticali presenti, grazie alla tecnica “fuori suolo” che consente di massimizzare la produttività attraverso una gestione scientifica della piantagione; per integrare il sistema di produzione delle colture con l’edificio e migliorarne l’esposizione, è stata realizzata un’ottimizzazione parametrica delle superfici su cui esse crescono che ha portato all’ottenimento di elementi di facciata irregolari e dalle forme variabili, realizzate attraverso stampa Fused Deposition Modeling. L’organicità con cui l’edificio si sviluppa in alzato porta ad avere un coronamento dalle forme altrettanto fluttuanti: la residenza è completata da un gridshell in legno ed acciaio che definisce spazi di libera fruizione all’aperto. In questo contesto, si è approfondito il tema dell’applicazione dell’additive maufacturing ad elementi strutturali, ottenuti attraverso uno studio di Evolutionary Structural Optimization finalizzato a minimizzare la massa degli elementi di connessione dei travetti di questa copertura, poi realizzati per Direct Metal Laser Sintering. L’elevato costo ed alcune problematiche relative alle tempistiche di realizzazione rendono questa tecnologia non ancora adatta ad usi in larga scala, come quello dell’edilizia, lo scopo di questa analisi è fornire alcuni esempi sperimentali delle potenzialità che essa offre; si tratta inoltre di una metodologia realizzativa in continuo sviluppo, pertanto si prevede che tali limiti potranno essere superati nel futuro.