XJoints. Sistemi costruttivi parametrici per la realizzazione di strutture free form a celle quadrangolari

The challenges of contemporary architecture require designers to develop new construction systems that enable them to manage with the increase of complex geometries. The proper rationalization of freeform surfaces through network grids represents one of the most debated topics. To address this challenge, complex shapes are discretized by subdividing the initial geometry, in a network of variable frames, composed by curved or variable section elements. These solutions require, by a manufacturing standpoint, complex CNC machining of each element, resulting in increased production cost. XJoints represents an alternative production system for freeform structures, that implements algorithmic programming to rationalize doubly curved surfaces in networks of linear beams. The various elements are all equally shaped, and manufactured by industrially automated processes. Specifically, the proposed method achieves planar elements throughout an iterative process, solving the inherent twist of the network. This methodology makes it possible to use mass-produced commercially available profiles, limiting the processing operations only to the extremes of the elements. Each joint of the network connects a maximum of four frames through planar steel plates. Major advantages include the simplification of the initial geometry, a concentration of the manufacturing processes in key areas and the use of automated CNC machines. These factors allow for a faster production and a consequent reduction in the overall cost of the structure. The proposed system is scalable implementing anthropomorphic robots, where the entire process, manufacturing and assembly, is executed in an automated and integrated cycle.

Le sfide poste dall’architettura contemporanea fanno nascere l’esigenza di sviluppare nuovi sistemi costruttivi in grado di confrontarsi efficacemente con la crescente complessità geometrica. La corretta razionalizzazione di superfici complesse (free form) per mezzo di griglie rappresenta uno dei temi più dibattuti in questo contesto. Per far fronte a questa necessità, si utilizzano metodi per la discretizzazione di superfici, che suddividono la geometria da riprodurre in graticci di travi ricurve o di spessore e inclinazione variabili. Queste soluzioni implicano lavorazioni complesse su tutti gli elementi (le travi), comportando costi produttivi elevati. Per risolvere queste problematiche nasce XJoints, un sistema per la realizzazione di strutture free form, che utilizza la programmazione algoritmica per razionalizzare strutture in doppia curvatura con intrecci di travi rettilinee di sezione costante abbinate a processi produttivi automatizzati. Nello specifico, il metodo di progettazione permette di risolvere la torsione insita negli elementi, rendendoli planari tramite un processo iterativo. Questo fa sì che sia possibile utilizzare profili commerciali prodotti su larga scala, limitando le lavorazioni di taglio soltanto agli estremi. In ogni nodo della griglia vengono fatti convergere al massimo quattro assi connessi tra loro da piastre di collegamento piane. Massima semplificazione della geometria di base, concentrazione della lavorazione in aree mirate e tecniche di produzione automatizzate rappresentano i maggiori vantaggi che questa metodologia è in grado di apportare, garantendo un consistente abbattimento di costi e tempi di produzione. La scalabilità del progetto con bracci manipolatori apre scenari futuri in cui la produzione e l’assemblaggio dei pezzi appartengono ad un unico ciclo produttivo integrato.