A lightweight and circular construction system. Mycelium composite + adaptive lattice structure

The conventional construction methods pose several environmental issues such as generating heat, pollution and waste. Furthermore, the production of established construction materials heavily relies on the extraction of non-renewable resources. The growing population and in turn growing need for more construction, set an almost insurmountable challenge for the practitioners and the industry as a whole. In order to address these issues, several concepts and models of practicing have been formulated by scientists. The challenges ahead, necessitate innovations and out-of-the-box solutions. This thesis project presents several of these key concepts and theories that promise a future-proof built environment and attempts to propose a system of construction that resonates with those concepts. The concepts are Circular Economy, Cradle to Cradle, Upcycle, Bio-fabrication and Augmented Age. The concepts inspired the adoption of discoveries and contributions of other disciplines such as biology, mycology and mathematics. A newly emerging material namely mycelium composite, production of which capitalizes on the metabolic activity of mycelium growing on agricultural biomass, is studied and its properties are demonstrated. Mycelium composite is a promising alternative material in terms of thermal and acoustic as well as fire safety performance. It exhibits exceptional end-of-life stage, replenishing the soil as it completely composts after disposal. However, it is suggested that mycelium composite still does not qualify as a structural material. For this reason, an adaptive lattice structure system is proposed based on the literature on the family of cellular structures as a light-weight and porous structural component that can host mycelium composite material. The study on the types of lattice structures led to the adoption of Triply Periodic Minimal Surfaces as the solution for the adaptive lattice structure. Manufacturing of these surfaces is not possible with conventional manufacturing techniques. The rise of additive manufacturing technologies however, enables the production of highly complex topologies including Triply periodic minimal surfaces. Assuming the possibility of adoption of AM technologies in the future of construction industry, the thesis opts for BAAM (Big Area Additive Manufacturing) for the project using Plastic. The plastic is proposed to be derived from plastic waste and converted into Printing filament for Additive manufacturing using a filament producing technology developed by Filabot Company. The result is presumed to be a light-weight fully circular construction system that can be adopted in future construction practices.

I metodi di costruzione convenzionali pongono diversi problemi ambientali come la generazione di calore, inquinamento e rifiuti. Inoltre, la produzione di materiali da costruzione consolidati si basa fortemente sull'estrazione di risorse non rinnovabili. La popolazione in crescita e, a sua volta, la crescente necessità di più costruzioni, rappresentano una sfida quasi insormontabile per i professionisti e per il settore nel suo complesso. Per affrontare questi problemi, gli scienziati hanno formulato diversi concetti e modelli di pratica. Le sfide future richiedono innovazioni e soluzioni pronte all'uso. Questo progetto di tesi presenta alcuni di questi concetti chiave e teorie che promettono un ambiente costruito a prova di futuro e tenta di proporre un sistema di costruzione che risuoni con questi concetti. I concetti sono Circular Economy, Cradle to Cradle, Upcycle, Bio-fabrication ed Augmented Age. I concetti hanno ispirato l'adozione di scoperte e contributi di altre discipline come la biologia, la micologia e la matematica. Viene studiato un materiale emergente, il composito di micelio, la cui produzione sfrutta l'attività metabolica del micelio che cresce sulla biomassa agricola e ne vengono dimostrate le proprietà. Il composito di micelio è un materiale alternativo promettente in termini di prestazioni termiche, acustiche e di sicurezza antincendio. Presenta un'eccezionale fase di fine vita, reintegrando il terreno mentre si compone completamente dopo lo smaltimento. Tuttavia, si suggerisce che il composito di micelio non sia ancora qualificato come materiale strutturale. Per questo motivo, viene proposto un sistema di struttura reticolare adattivo basato sulla letteratura sulla famiglia delle strutture cellulari come componente strutturale leggero e poroso che può ospitare materiale composito di micelio. Lo studio sui tipi di strutture reticolari ha portato all'adozione delle Superfici Minime Periodiche Triplicate come soluzione per la struttura reticolare adattiva. La produzione di queste superfici non è possibile con le tecniche di produzione convenzionali. L'aumento delle tecnologie di produzione additiva consente tuttavia la produzione di topologie altamente complesse, comprese le superfici minime periodiche triplicate. Supponendo la possibilità di adottare le tecnologie AM nel futuro dell'industria delle costruzioni, la tesi opta per BAAM (Big Area Additive Manufacturing) per il progetto utilizzando la plastica. Si propone che la plastica sia derivata da rifiuti di plastica e convertita in filamento di stampa per la produzione di additivi utilizzando una tecnologia di produzione di filamenti sviluppata dalla Filabot Company. Si presume che il risultato sia un leggero sistema di costruzione completamente circolare che può essere adottato nelle future pratiche di costruzione.