Additive manufacturing design potential for sustainable architecture. Application of modular 3d printed cladding system for housing energetic performance

The aim of this thesis is to investigate 3D printing possibilities of integration in construction process and its contribution in house bioclimatic functioning and energetic housing behaviour. In the first part of this research, 3D printing is studied in the state of art and in its architectural applications, arguing criticalities and strengths to foresee its potentialities for the future of construction, considering it as an emerging technique with several and veryfied benefits in production process in terms of time, cost and quality. In order to test the application and advantages of 3D printing in architectural sustainability strategies and positive energetic incomes, a façade printed component is studied and designed in order to actively participate in passive energetic house behaviour. The second part develops the design of a 3D printed facade prototype and its application in a house unit, in the context of Solar Decathlon 2019 competition. Solar Decathlon is an international competition for universities, which promotes the development of innovative and energetic efficient dwellings, with solar energy as unique resource. Its aim is to promote new architectural and technological solutions towards energy sustainability and enhance awareness upon sustainability and resources use. Participating projects are experimental prototypes, not entirely complete for the construction realm but still embedding concrete potentialities of innovation and progress. The solution proposed in this thesis is an experimental project which is not meant as completely solved and tested model, but wants to propose innovative solutions for issues concerning concrete housing realm and construction and an attempt of 3D printing application in building process.

L’obiettivo che questa tesi si pone è quello di studiare la possibilità di integrazione della stampa 3D in un’unità abitativa performante in termini di efficienza energetica, analizzando in che modo esso può contribuire al funzionamento bioclimatico dell’edificio e allo sviluppo di soluzioni passive di risparmio energetico. Nella prima parte di questa ricerca, viene presentata un’analisi sullo stato dell’arte della produzione additiva nel campo industriale e in seguito in campo architettonico, evidenziando i molteplici vantaggi in termini di tempi, costi e qualità del prodotto finale di tale tecnologia emergente. Per testare l’applicazione della stampa 3D come strumento per soluzioni di risparmio energetico e architettura sostenibile, viene sviluppato un componente di facciata studiato e progettato per interagire attivamente con gli scambi energetici e termici dell’unità abitativa, ai fini di contribuire alle soluzioni passive verso un miglior uso delle risorse. La seconda parte sviluppa il progetto di un prototipo di facciata stampata in 3D e la sua applicazione in un'unità abitativa, nel contesto del concorso Solar Decathlon 2019. Solar Decathlon è una competizione internazionale indirizzata alle università volta allo sviluppo di moduli abitativi innovativi ed energeticamente efficienti, utilizzando l’energia solare come unica risorsa. Il suo scopo è quello di promuovere nuove soluzioni architettoniche e tecnologiche di spiccato carattere innovativo in termini di sostenibilità energetica. Intende inoltre diffondere una maggiore consapevolezza sull’uso delle risorse energetiche e su tecnologie e dispositivi presenti sul mercato basati sull’ energia pulita. I progetti partecipanti sono prototipi sperimentali non del tutto pronti per la costruzione esecutiva, ma aventi potenzialità concrete di innovazione e progresso in diversi campi dell’edilizia. La soluzione progettuale proposta intende proporre l’applicazione di un componente edilizio di produzione additiva in un contesto di miglioramento sia nel processo di costruzione edilizia, sia nelle prestazioni energetiche dell’unità abitativa finita.