LaY-tice project. Algorithmic design and robotic fabrication of free-form patterns through innovative 3D printing methods

The widespread adoption of computer and algorithmic modeling has produced a radical shift in the idea of architecture and of the designing process itself. Designers have now access to advanced 3D modeling tools allowing the generation and control of previously unfeasible complex tridimensional geometries, causing a gap between concept, representation and production. The use of 3D software permeates the architectural design workflow, managing every aspect from geometrical shapes to project information. However, the building construction industry has not evolved at the same pace, except for marginal efforts, therefore being unable to translate the project to the architectural scale. These geometries require the use of custom and often unique formworks and moulds, resulting in higher waste production and subsequent increase in economic cost and environmental impact. The traditional 3D printing techniques have developed exponentially; however, they are still not scalable for architectural applications. Robotic fabrication represents an important tool to seek for solutions to the existing divergence between imagination and manufacturing. The use of industrial robots in the production of architectural components can substitute, in specific cases, the traditional manufacturing techniques while ensuring an increased awareness and integration between project and construction. The end-effector, the tool positioned at the end of the robotic arm, substitutes the worker’s hand with increased precision and speed, multiplying the production capabilities, moving directly and seamlessly from the concept to the production phase. In this thesis, digital fabrication unfolds in two distinct solutions, analyzing every aspect, from the initial conceptual design to the production of full-scale mockups. The first project uses 3D printing to design a lattice structure, allowing for a significantly faster manufacturing of building elements. For this project, the key aspects of the production process have been analyzed and applied on the esthetic and functional adaptability of a lightweight division panel. The second project, based on the layering technique, expresses to the fullest the material qualities of clay, applying them to the manufacturing of a solar-shading louver system.

La diffusione di strumenti di modellazione digitale e algoritmica ha creato una radicale trasformazione della concezione di architettura e del progetto in sé. Il progettista ha ora a disposizione strumenti per la modellazione e la creazione di forme tridimensionali che prima non erano accessibili, causando una lacuna tra idea, rappresentazione e realizzazione. La nuova tendenza della produzione architettonica è sempre più volta all’utilizzo di software 3D per la definizione delle geometrie e la gestione delle informazioni. La produzione edilizia non ha seguito però lo stesso avanzamento e, a meno di sforzi non proporzionati alla richiesta finale, non è in grado di portare in scala architettonica il progetto. Queste geometrie necessitano di stampi, spesso unici, e data l’elevata produzione di scarti, ha un elevato costo ambientale ed economico. Le tradizionali tecniche di stampa tridimensionale si sono sviluppate rimanendo però ancorate a dimensioni non adattabili alla scala architettonica. Questo divario tra immaginazione e produzione ha trovato nella fabbricazione robotica un valido strumento per la ricerca di una soluzione. L’impiego di robot industriali applicati alla produzione di manufatti per l’architettura riesce a sostituirsi, in casi specifici, alle comuni tecniche di produzione garantendo una maggiore coscienza e integrazione tra progetto e realizzazione. L’end-effector, l’utensile posto all’estremità del braccio robotico, si sostituisce alla mano del lavoratore e con velocità e precisione riesce a moltiplicare le capacità produttive, passando direttamente dall’ideazione alla realizzazione senza soluzione di continuità. In questa tesi, la fabbricazione digitale è declinata in due soluzioni, presentate dalla ideazione allo sviluppo fino alla realizzazione dei modelli in scala reale. Il primo progetto utilizza la stampa 3D per creare un reticolo spaziale, che permette di aumentare notevolmente la velocità di realizzazione del pezzo. Per questo progetto sono stati evidenziati ed analizzati i caratteri connotanti per la fabbricazione che sono stati applicati all’ adattabilità estetica e funzionale di un pannello leggero. Il secondo progetto, basato sulla tecnica layering, sfrutta e fa risaltare le qualità materiche dell’argilla impiegandole nella realizzazione di un sistema di oscuramento a lamelle frangisole.