Shell.ter : designing 3D printable material for closed local system: the case of mussel shells in Italy

The conversion of the current consumption and mass production-oriented economic model to a circular model is one of the major contemporary challenges. This includes the need to shift from production systems dependent on finite resources and non-renewable materials to environmentally friendly and self-sufficient systems that minimise environmental and energy impacts, CO2 emissions and waste production. The Circular Economy and Distributed Design appear to be promising alternatives to the Linear Economy, as the intersection between the two models promotes a circulation of materials in local closed loops. In this context, the development of circular materials brings two advantages: the use of waste for the production of new materials, contributing to the reduction of waste, and the return of waste to the system after disposal. Additive Manufactoring (AM) is a digital production method that can potentially be used by anyone, enabling small, local and distributed production. In these terms it holds a high circular potential compared to current production models, however, the still widespread use of centrally produced printing filaments hinders the complete closure of local circular systems. Great potential lies in the association of local waste streams with additive manufacturing. Placed, precisely, between the intentions of implementing Placed, precisely, between the intentions of implementing circularity on a small scale, this thesis aims to identify and produce material solutions suitable for 3D printing starting from a local waste that is particularly large in Italy, such as the shell of the Mytilus Galloprovincialis, and to identify possible applications that the material produced may have in a perspective of local territorial implementation. The research approach followed is the integrated one of Design Out Waste Methodology (DWM), which by providing a fusion of the systemic and holistic approach of E.C. with the material-focused criteria of Material Design Driven Methodology (MDD) provides an effective method for the design of DIY materials from waste. The result is a circular material solution that activates the closure of local Additive Manufactoring systems by replacing typical thermoplastic filaments with filaments from locally available resources and waste. The project thus highlights the potential of using local waste streams for Additive Manufactoring processes and represents a first step towards the development of a methodology to relate local material streams to new digital manufacturing processes and meaningful applications.

La conversione dell’attuale modello economico orientato al consumo e alla produzione di massa in un modello circolare è una delle principali sfide contemporanee. Ciò comprende la necessità di passare da sistemi produttivi dipendenti da risorse finite e materie non rinnovabili a sistemi ecologici e autosufficienti in grado di ridurre al minimo l'impatto ambientale ed energetico, le emissioni di CO2 e la produzione di materia scarta. L’Economia Circolare ed il Distributed Design risultano essere alternative promettenti all’Economia Lineare, poichè l’intersezione tra i due modelli promuove una circolazione di materiali in circuiti chiusi locali. In questo contesto, lo sviluppo di materiali circolari porta due vantaggi: l’utilizzo di rifiuti per la produzione di nuovi materiali, contribuendo alla riduzione degli sprechi e la restituzione degli stessi al sistema dopo lo smaltimento. L’Additive Manufactoring (AM) è un metodo di produzione digitale potenzialmente fruibile da chiunque, che abilita una produzione piccola, locale e distribuita. In questi termini questa racchiude un elevato potenziale circolare rispetto agli attuali modelli di produzione, tuttavia, l’utilizzo ancora diffuso di filamenti di stampa prodotti in maniera centralizzata, ostacola la completa chiusura dei sistemi circolari locali. Grandi potenzialità risiedono nell’associazione dei flussi di scarto locali alla manifattura additiva. Collocata, proprio, tra gli intenti di implementare la circolarità su piccola scala questa tesi ha come obiettivo quello di individuare e produrre soluzioni materiche adatte alla stampa 3D partendo da uno scarto locale particolarmente ingente in Italia, quale il guscio del Mytilus Galloprovincialis e di identificare, possibili applicazioni che il materiale prodotto può avere in un’ottica di implementazione territoriale locale. L’approccio di ricerca seguito è quello integrato della Design Out Waste Methodology (DWM), la quale fornendo una fusione tra l’approccio sistemico ed olistico dell’E.C con i criteri material-focused per la progettazione dei materiali della Material Design Driven Methodology (MDD) fornisce un metodo efficacie per la progettazione dei materiali DIY a partire dagli scarti. Il risultato è una soluzione materica circolare che attiva la chiusura dei sistemi locali di Additive Manufactoring grazie alla sostituzione dei tipici filamenti termoplastici con filamenti provenienti da risorse e scarti reperibili localmente. Il progetto mette dunque in evidenza il potenziale dell’utilizzo dei flussi di rifiuti locali per i processi di Additive Manufactoring e rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di una metodologia per mettere in relazione i flussi di materiali locali con i nuovi processi di digital manufactoring e ad applicazioni significative.