Black formworks. Fabbricazione digitale robotica di casseri a perdere collaboranti in fibra di carbonio

This research analyzes the design, production and performance aspects of carbon fiber formwork for the casting of reinforced concrete columns, which, once placed on site and filled with concrete, remain in operation by geometrically modeling the element and creating a wheeling that enhances its carrying capacity. The idea of creating carbon fiber formworks arises from the desire to exploit the potential of this material in the building industry, but not simply from a performance point of view, but also combining aesthetic expressiveness, thus creating a sort of element that encapsulates both the rationality of engineering and the expressiveness of architecture. The fundamental aspect of the whole process is the integration with digital manufacturing methods. Digital manufacturing is the process through which is possible to create solid and three-dimensional objects starting from digital designs obtained with algorithmic design, thus obtaining an infinite number of unique pieces but without price increases. In this case, digital manufacturing becomes a digital robotic manufacture because the designed 3D object is obtained through the robot cutting of polystyrene with hot wire. The manufacturing technique is the filament winding, where the polystyrene form obtained from the cut is wrapped in fiber ribbon and subsequently cured to obtain the solid carbon geometry. At the end of the process, the polystyrene is dissolved with the solvent to obtain the final carbon part. This production method can give geometries not obtainable in any other way. The research has followed all phases of the project: from the study of materials, to the design of the elements, to the production method, to the experimental tests, and finally the comparison with the current legislation.

Questa ricerca analizza gli aspetti progettuali, produttivi e prestazionali di casseri a perdere in fibra di carbonio per il getto di pilastri in calcestruzzo armato, che, una volta posizionati in cantiere e riempiti di calcestruzzo, restano in opera modellando geometricamente l’elemento e creando una cerchiatura che ne potenzia le capacità portanti. L’idea di realizzare casseri a perdere in fibra di carbonio nasce dalla volontà di sfruttare le potenzialità di questo materiale anche nel settore dell’edilizia, ma non semplicemente dal punto di vista prestazionale, bensì abbinando a questo anche l’espressività estetica, creando così una sorta di elemento che racchiude sia la razionalità dell’ingegneria che l’espressività dell’architettura. Aspetto fondamentale di tutto il processo è l’integrazione con i metodi di fabbricazione digitale. La digital fabrication è il processo attraverso cui è possibile creare oggetti solidi e tridimensionali partendo da disegni digitali ottenuti con progettazione algoritmica, ricavando quindi un infinito numero di pezzi unici ma senza l’ostacolo dell’aumento di prezzo che si avrebbe nella produzione industriale. Il questo caso la digital fabrication diventa digital robotic fabrication perché l’oggetto 3D progettato è ottenuto attraverso il taglio robotico del polistirene con filo a caldo. La tecnica di fabbricazione è quella del filament winding, dove la forma in polistirene ottenuta dal taglio viene avvolta da nastro di fibra e successivamente sottoposta a processo di cura che restituisce la geometria di carbonio in forma solida. Al termine del processo lo stampo positivo di polistirene viene disciolto con del solvente per ottenere il pezzo finale di carbonio. Nasce così un metodo produttivo capace di dare vita a geometrie non ottenibili in altro modo. La ricerca ha seguito tutte le fasi del progetto: dallo studio dei materiali, al design degli elementi, al metodo di produzione, fino ai test sperimentali e alla comparazione con la normativa vigente.