Operative prime. Unità di fabbricazione robotica on-site per la produzione di massa di elementi custom. Sviluppo di una cella robotizzata da cantiere asservita al contesto esecutivo

My thesis focuses on the design and development of a robotic manufacturing unit and of a formwork system for the creation of reinforced concrete free-form components. The aim is to introduce robotic cells to the world of construction, particularly in construction sites, able to mass-produce custom building components. Not only will the manufacturing cell be capable of producing all the components necessary for the building complex with the speed and precision typical of robots, it will also offer flexible scalability to meet on-site needs. To complement this system, a design and implementation procedure has been established for the production of lightweight formworks for double-curved components, which has been inserted in the robotic cell so as to give a thorough analysis of the usage and operating spaces, in order to verify the feasibility and the sizing of all the components of the unit. Both mockups are managed parametrically. This design method has been chosen to ensure the utmost flexibility in every solution development phase. Later, a study is carried out, comparing production costs on-site 3D-printed of reinforced concrete components and prefabricated ones. The model shows that the transport costs of the finished products have a greater impact than that of raw materials on site, given the larger dimensions of the former. Experience has shown that using a robotic cell on site improves worker safety and guarantees greater quality control, not only of the individual components, but also of the final product.

L’elaborato di tesi si concentra sulla progettazione e sullo sviluppo di un’unità di fabbricazione robotica e di un sistema di casseri per la realizzazione di elementi freeform in calcestruzzo armato. L’obiettivo è di portare nel mondo delle costruzioni, specialmente in cantiere, una cella robotica direttamente nel sito di esecuzione, così da attuare una produzione di massa di manufatti edili custom. La cella produttiva sarà in grado di produrre, con la velocita e la precisione caratteristiche di un robot, tutti i componenti necessari al complesso edilizio, avendo inoltre un’adattabilità in opera tipica della produzione on-site. Ad integrazione di questo sistema è stato determinato un iter di progettazione e realizzazione per la produzione di casseri leggeri per componenti in doppia curvatura, che è stato inserito nella cella robotica per un’analisi approfondita degli spazi d’uso e di manovra, per verificare la fattibilità e il dimensionamento di tutti i componenti dell’unità. Entrambe i modelli vengono gestiti parametricamente, si è scelto questo metodo di progettazione per garantire la maggior flessibilità possibile in tutte le fasi di sviluppo delle soluzioni. Viene successivamente eseguito uno studio economico di confronto sulla produzione di elementi in calcestruzzo, realizzati con il metodo della stampa 3D, in situ e tramite prefabbricazione. Il modello dimostra come i costi di trasporto dei prodotti finiti incidono maggiormente rispetto al trasporto delle materie prime in cantiere, viste le dimensioni maggiori dei primi. Le conclusioni ed esperienze hanno dimostrato come l’uso di una cella robotica in cantiere garantisca una maggior sicurezza dei lavoratori e un maggior controllo sulla qualità, non solo dei singoli elementi, ma anche del manufatto finale nella sua globalità.