Morphwall. Algorithmic design and robotic fabrication processes of a mass-customized cladding system

The widespread of computers which characterized the last decades marked a radical transformation in the way we interact with our tools and the architectural design tools have been affected as well. Virtual models are now the first choice for the generation of the architectural geometry and the development of digital fabrication systems allowed a direct connection between design and fabrication. In particular, the employment of industrial robots in architecture made possible the confrontation with full scale production, succeeding where the first attempts of digital architecture failed. The robotic arm articulation, which mimics the human arm, enables them to reach infinite positions in the three-dimensional space and to operate on the material through the tool mounted on the mechanical interface (end-effector). The fabrication process, using digital data to control the robot and the specific characteristics of the end-effector to obtain the desired processing of the material, allows to enrich the physical nature of architecture, to inform, the operations on the material merging computational design and realization. The outcome is an exponential multiplication of architecture’s constructive potentials, which allows to recontextualize the traditional construction systems with completely changed premisses. The aim of this thesis is to experiment the potentials of an integrated approach between design and fabrication, idea and matter. The project developed with this intent provided for the generation of a parametric system in which formal, structural and fabrication aspects actuate the definition of the geometry following a given set rules. Furthermore, it was developed an innovative system of plastic and concrete panels production, integrating the processes of robotic hot wire cutting and thermoforming. Finally, the fabrication process was tested experimentally through the realization of a 171 pieces installation.

La pervasiva diffusione del computer che ha caratterizzato gli ultimi decenni ha segnato una radicale trasformazione della pratica del progetto in campo architettonico. La modellazione tridimensionale si è imposta come strumento privilegiato di generazione della forma e lo sviluppo di strumenti di fabbricazione digitale ha consentito una connessione diretta tra progetto e produzione. In particolare, l’impiego di robot industriali in architettura ha reso possibile confrontarsi con la produzione in scala reale, riuscendo quindi dove i primi tentativi di architettura digitale avevano fallito. La conformazione dei robot industriali, che riprende quella del braccio umano, permette loro di raggiungere infinite posizioni nello spazio tridimensionale e di operare sul materiale per mezzo del dispositivo fissato all’interfaccia meccanica (il cosiddetto end-effector). Il processo di fabbricazione, quindi, utilizzando dati digitali per il controllo del robot e le specifiche caratteristiche dell’end-effector per ottenere la lavorazione desiderata del materiale, permette di arricchire la natura fisica dell’architettura, di informare, tramite i dati raccolti dai sensori, il lavoro sul materiale, fondendo computational design e realizzazione. Ne risulta una moltiplicazione esponenziale delle possibilità costruttive dell’architettura, che permette di ripensare i sistemi di costruzione tradizionali sulla base di premesse completamente nuove. L’obiettivo di questa tesi è di sperimentare le potenzialità di un approccio integrato tra progettazione e fabbricazione, idea e la sua realizzazione. Il progetto ha previsto la generazione di un sistema parametrico in cui aspetti di natura formale, strutturale e fabbricativa attuano la definizione della geometria in funzione delle regole impostate. Inoltre, è stato messo a punto un sistema di produzione di pannelli in materiale plastico e di casseratura per la produzione di pannelli in calcestruzzo, integrando processi di taglio robotico e termo-formatura. Infine, il processo di fabbricazione è stato testato sperimentalmente attraverso la realizzazione di un’installazione costituita da 171 pannelli.