Design & Prototyping for Wire Arc Additive Manufacturing: a light deflective bow window

This thesis, part of the RocWAAM project at the Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, and inspired by Edilanzutti s.p.a., investigates the feasibility of employing Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) to create a competitive bow window. WAAM, noted for its efficiency with large objects, aims to present an aesthetically and economically appealing alternative to conventional materials. The thesis, segmented into three parts, delves into the definition of "bow window," examines WAAM technology in civil engineering, and explores the aesthetic and structural dimensions of design. Through a substantial reduction in components, particularly with the AlSi5 aluminum alloy, WAAM offering potentially significant advantages in terms of reduced production times and potential costs saving. The first part presents an analysis of the term "bow window," an overview of WAAM technology, and its application in civil engineering. It concludes by discussing the reasons that could drive the realization of a bow window using WAAM technology. The second phase involves the aesthetic study of trends in civil engineering, along with the design process and material selection. Finally, the third part focuses on optimizing the shape for structural lightening and experimenting with the material's behaviour during the printing phase. This work substantially contributes to the design of projecting windows using WAAM, harnessing a six-axis robotic arm and a two-axis positioner to explore achievable shapes.

Questa tesi, parte del progetto RocWAAM presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, e commissionata da Edilanzutti s.p.a., indaga sulla fattibilità dell'utilizzo della Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) per realizzare un bow window competitivo. La tecnologia WAAM, nota per la sua efficacia con oggetti di grandi dimensioni, mira a presentare un'alternativa estetica ed economica ai materiali convenzionali. La tesi, suddivisa in tre parti, approfondisce la definizione di "bow window", esamina la tecnologia WAAM nell'ingegneria civile ed esplora le dimensioni estetiche e strutturali del processo di progettazione. Attraverso una sostanziale riduzione di componenti, e di peso con la lega di alluminio AlSi5, WAAM offre potenzialmente significativi vantaggi in termini di riduzione dei tempi di produzione e costi. Nella prima parte è esposta un’analisi su cosa si intende con il termine bow window, sulla tecnologia WAAM e sulla sua applicazione in ambito civile, concludendosi con le motivazioni che potrebbero spingere verso la realizzazione di un bow window tramite tecnologia WAAM. La seconda fase è rappresentata dallo studio estetico dei trend in ambito civile e dall'attività di progettazione e scelta dei materiali. Infine la terza parte è rappresentata dall’ottimizzazione della forma ai fini dell’alleggerimento della struttura e dalla sperimentazione del comportamento del materiale in fase di stampa. Questo lavoro offre un contributo innovativo al design di finestre aggettanti utilizzando WAAM, sfruttando un braccio robotico a sei assi più due assi ausiliari per esplorare le forme realizzabili.