Progettazione algoritmica e fabbricazione robotica per l'involucro edilizio. Sviluppo di un sistema innovativo per l'ottimizzazione di schermature solari personalizzabili

The new challenges introduced by the contemporary architecture, increasingly tend towards a deep innovation on different fields: indeed, the pursuit of complex geometries, from a morphological point of view, implies, the need of technologies to guarantee their feasibility and sustainability. The recent growth of both parametric design-digital fabrication has allowed to effectively face the above-mentioned challenges; on one hand parametric design has allowed to deepen the field related to complex geometries generation, on the other hand digital fabrication has given wide investigation space for the construction field, rethinking the way of constructing traditional architecture. The aim of this thesis is to investigate the topic of variation, through the research and definition of patterns, as a base point for reaching a high level of mass customization, so as to answer to the more and more growing need of architectural flexibility and to demonstrate the potentialities offered by the parametric design and digital fabrication tools, essentials to face the proposed objectives. The original contribution consists of the research and experimentation of manufacturing processes of digital fabrication, the development of suitable end-effectors for robotic cutting and the consequent definition of fabrication limits; as a proof of concept, a paneling system has been designed, driven by the opportunity of variation and mass-customization of each single panel. For this purpose, robotic cutting and thermoforming processes have been experimentally tested, in order to produce a full scale mock-up, 3 m x 1,5 m, made up of 27 panels. Moreover, a case study has been developed, applied to the building envelope of Palazzo Italia, where the geometric shape of each single shading panel has been automatically generated through the mix of aesthetic, structural, daylighting, energetic and fabrication aspects, combined in a set of rules. In the end, a large scale manufacturing scenario has been hypothesized and, as a conclusion, the production of a real biodynamic cement panel has been tested. The results have confirmed the potentialities and the maturity given by the algorithmic design and digital fabrication instruments, that allow to reach a high grade of flexibility and open up the way to great innovations in the architecture and construction world.

Le nuove sfide proposte dal mondo dell’architettura contemporanea tendono sempre più ad una profonda innovazione su più fronti: da un punto di vista morfologico si ricercano infatti quelle geometrie particolarmente complesse, che, allo stesso tempo, sottintendono la necessità di tecnologie tali da garantirne la realizzazione e sostenibilità. Il recente sviluppo nell’ultima decade del binomio progettazione parametrica e fabbricazione digitale ha permesso di far fronte in modo più efficiente alle suddette sfide; se infatti la progettazione parametrica ha consentito di approfondire il tema legato alla generazione di geometrie complesse, d’altro canto la fabbricazione digitale ha dato ampio spazio di indagine nel settore delle costruzioni e della produzione edilizia, ripensando il modo di costruire l’architettura tradizionale. Obiettivo di questa tesi è indagare il tema della variazione tramite la ricerca e definizione di pattern come punto di partenza per raggiungere un elevato livello di mass customization, così da rispondere alla sempre più crescente necessità di flessibilità architettonica, nonché dimostrare le potenzialità rappresentate dagli strumenti di progettazione parametrica e fabbricazione digitale, senza i quali difficilmente sarebbe possibile affrontare gli obiettivi preposti. Il contributo originale è dato dalla ricerca e sperimentazione dei processi produttivi di fabbricazione digitale, lo sviluppo di end-effector appropriati alle necessità di taglio robotico e la definizione dei relativi limiti di fabbricazione; come dimostrazione dell’industrializzabilità del processo è stato inoltre progettato un sistema di pannellizzazione, dove la possibilità di variazione e mass-customization dei singoli pannelli ha rappresentato il punto chiave. È stato inoltre testato sperimentalmente il processo di taglio robotico e termoformatura attraverso la realizzazione di un mock-up in scala reale di dimensioni 3 m x 1,5 m composto da 27 pannelli. A corollario, vi è stato poi lo sviluppo di un caso studio applicato all’involucro edilizio di Palazzo Italia, dove la definizione geometrica dei singoli pannelli schermanti è stata caratterizzata non solo da aspetti estetico-formali di gradiente e transizione di permeabilità visiva, bensì dalla concomitanza di aspetti strutturali, illuminotecnici, energetici e di fabbricazione, secondo una serie di regole imposte. Relativamente ai moduli sviluppati nel caso studio, si è ipotizzato uno scenario produttivo su grande scala e a chiusura del percorso si è arrivati alla produzione vera e propria di un pannello in cemento biodinamico. In conclusione, i risultati ottenuti hanno confermato le ipotesi di potenzialità e maturità offerta dagli strumenti di progettazione algoritmica e fabbricazione digitale, che consentono di raggiungere un elevato grado di flessibilità e aprono nuovi orizzonti a forte carattere innovativo nel mondo dell’architettura e delle costruzioni.