Blend weaving. Ottimizzazione topologica e del processo produttivo di materiali compositi

This thesis focuses on the use of the composite materials, carbon fiber in a thermoplastic matrix or fiberglass in a thermosetting matrix, within architectural and engineer field. The first project, White Louvers, considers the fulfillment of plates made of fiberglass reinforced suitable for the cladding of free-form buildings. The research strength is the time e cost optimisation in terms of productive process. In particular, the elliptical building above the 19th-century wing of “Teatro alla Scala” designed by Mario Botta, has been taken as a case study in which those plates achieve the perfect balance between technology and architecture. White Louvers has been a protagonist at the Maker Faire Rome – The European Edition 4.0 exhibition, an important European event on the innovation and factory 4.0. Black Weaving is the second project that uses carbon fiber in a thermoplastic matrix in order to develop an innovative product through the combination of producing technology at the leading-edge: robotic tape laying + thermo-forming. The design considers a carbon fiber strengthening of the critical points in the system; considering only those points that are most severely stressed, the process allows reducing the fabrication time and pricing without decreasing the resistance of the final product. Black Weaving has played as a protagonist in the international competition SRRIC 2017 in Xi’an, China, taking over the third place out of 44 Universities. The key issue of both of the previous projects is the application of the digital robotic fabrication, a process that permits the realisation of the mockup in different shape and dimensions and the parametric design – mass customization. The fabrication techniques utilized in the productive processes are Automated laying and Hotwire cutting. Finally, it is highlighted that the two original contributions have been handled in all of their steps, from the preliminary design to the object fabrication.

Il seguente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di utilizzare materiali compositi quali fibra di carbonio in matrice termoplastica e fibra di vetro in matrice termoindurente nel mondo dell’architettura e dell’ingegneria. Il primo progetto, White Louvers, prevede la realizzazione di lamelle in vetroresina per il rivestimento di edifici free-form. Punto di forza di questa ricerca è l’ottimizzazione dei tempi e dei costi del processo produttivo di geometria complesse in grado di dare un’identità all’edificio. In particolare è stato preso come scenario applicativo l’edificio di forma ellittica sopra l’ala ottocentesca del Teatro alla Scala di Milano progettata dall’architetto Mario Botta, in cui le lamelle trovano il giusto equilibrio tra tecnologia e armonia architettonica. White Louvers è stato protagonista della fiera Maker Faire Rome – The European Edition 4.0, un grande evento europeo sull’innovazione e sull’impresa 4.0 Il secondo progetto, Black Weaving, utilizza la fibra di carbonio in matrice termoplastica per la realizzazione di un innovativo prodotto attraverso la combinazione di tecniche produttive all’avanguardia: robotic tape laying + termoformatura. La progettazione prevede il rinforzo in fibra di carbonio solo nei punti più critici, quelli più sollecitati, in modo tale da ottimizzare costi e tempi senza ridurre le capacità di resistenza del prodotto finale. Black Weaving è stato protagonista della competition internazionale SRRIC 2017 a Xi’an, Cina, conquistando il terzo posto su 44 università partecipanti. Aspetto fondamentale di entrambi i progetti è stato l’utilizzo della digital robotic fabrication, processo all’avanguardia che permette di realizzare mockup in diverse forme e dimensioni, e la progettazione parametrica – mass customization. Le tecniche di fabbricazione utilizzate nei vari processi produttivi sono state Automated Tape Laying e Hotwire Cutting. Infine si sottolinea che i due contributi originali sono stati curati in tutte le loro fasi, dalla progettazione preliminare fino alla fabbricazione dei manufatti.