Guidelines for Designing and Producing Joinery with a Five-axis Water Jet Cutter

This consolidation thesis speaks about a period spent helping operate a five-axis water jet cutter. In an effort to test the limits and benefits of the water jet cutter in a certain productive direction, the aid of an experienced furniture designer was enlisted. A set of joinery designs were designed and prepared for cutting to display how this machine can deserve its place in the world of end-product furniture manufacturing and be of great benefit to the discipline of joinery that exists in the majority of the things assembled around us. The world of joinery is vast. Behind it stands centuries of experimentation, cultural integration, material sciences, data collection, and life cycle observation. Researching joinery would lead us to believe that it is heavily invested in wood and carpentry. After having spent an internship in researching, understanding, and operating a high pressure five-axis water jet cutter, I was convinced that the water jet cutter would be an ideal tool to create joinery out of far stronger and more diverse materials than wood. Direct and simple material joinery can mean that complex assemblies would require less parts to be created, less knowledge to be assembled, and less time to become a product ready for use. We are living in a fast growing world with a constant eye out for sustainability. In this scenario, less parts and less tools could surely mean a step in the right direction. Based on my fondness of design, manufacturing, my last two academic years in this program and my hours of research and internship in the field, I have chosen to work on a set of guidelines that aim to demonstrate the experiments that took place and to solidify further the methods of designing, manufacturing via water jet, and assembling different types of joinery to prove its flexibility and ability to traverse materials and manufacturing methods, in this case, using the water jet cutter. This thesis report will cover a brief history of joinery, manufacturing and water jet cutting along with the case studies that were documented after a series of in-house tests. This would demonstrate findings and result in a helpful guide that would aid aspiring designers and manufacturers broaden their sense of what is possible and what is required to produce joinery using a five-axis water jet cutter.

Lo sviluppo di questa tesi nasce dall’esperienza formativa di tirocinio, caratterizzata e focalizzata sull'utilizzo e lo studio del funzionamento di una macchina per taglio ad acqua a cinque assi. Nel tentativo di testare limiti e vantaggi di tale dispositivo, all’interno di specifiche direzioni produttive, è stata introdotta la figura esterna di un designer, esperto nel settore dell'arredamento e del design di mobili. Al fine di dimostrare come tale macchina possa introdursi nel mercato del furniture design e acquisire un ruolo di beneficio per la disciplina della falegnameria, è stato necessario sviluppare una serie di progetti specifici, con l’obiettivo di dare spazio e risalto a questa tecnologia. Il mondo della falegnameria è vasto: secoli di sperimentazione, integrazione culturale, studio e analisi dei materiali, nonché di raccolta dati e di osservazione delle varie tipologie di artefatti intorno a noi, hanno indubbiamente portato alla concezione del mondo della falegnameria come principalmente orientato all'utilizzo del legno nelle sue più svariate forme e nature, come risposta al contesto della carpenteria. È proprio durante il periodo di tirocinio trascorso, orientato alla ricerca, alla comprensione e all’utilizzo di una macchina per taglio ad acqua a cinque assi ad alta pressione, che è nata l'idea di introdurre tale dispositivo come supporto per lo sviluppo di componentistiche nel mondo della falegnameria. L’obiettivo prevede lo sviluppo di un'alternativa utile e innovativa nel mondo della carpenteria, introducendo l’utilizzo di materiali diversi e maggiormente resistenti rispetto al legno. La progettazione di connessioni semplici e dirette nel mondo della falegnameria rappresentano un'ottimizzazione delle soluzioni progettuali: minore è il numero di parti da realizzare, e dunque da assemblare, più rapido risulterà il processo per raggiungere un prodotto pronto per l’uso. Viviamo in un mondo in rapida crescita, con un occhio sempre attento alla sostenibilità: in questo scenario, meno componenti e meno strumenti potrebbero sicuramente rappresentare un passo cruciale nell’ottimizzazione di tale realtà produttiva. Partendo dall’ambito del design che più mi appassiona, la produzione industriale, i due anni accademici di studio in questo programma e le ore di ricerca e stage sul campo mi hanno portato a sviluppare una serie di linee guida che puntino a dimostrare la flessibilità e le capacità di tale tecnologia produttiva come supporto al mondo della falegnameria, tramite lo sviluppo di connessioni fisiche, con materiali diversi rispetto al legno. In questo contesto, gli esperimenti che ho avuto occasione di condurre durante il tirocinio sono stati fondamentali per consolidare ulteriormente la mia conoscenza nell’ambito dei metodi di progettazione, produzione e assemblaggio di diverse tipologie di artefatti. Partendo da un'introduzione al mondo della falegnameria, della produzione e del taglio tramite getto d’acqua, con una documentazione specifica di casi studio sviluppati all’interno del contesto di tirocinio, la tesi ha come obiettivo finale lo sviluppo di linee guida per aspiranti designer e progettisti, che permettano di ampliare le conoscenze nel contesto industriale, orientando all’utilizzo di una macchina per il taglio tramite getto d’acqua a 5 assi come supporto al mondo della falegnameria.