Not a waste of time: from leather scraps to fashion accessories using direct ink writing additive manufacturing

The current global fashion waste problem impacts the entire population and is one of the main responsibilities in generating unsustainable consequences which affect not only the environment, but also the social and economy perspective. Within this industry, a significant subset, deeply rooted in Italian heritage, revolves around leather processing, commonly referred to as tannery operations. Italy, a leading global producer and exporter of leather, consequently generates significant waste volumes, destined for disposal or energy recovery. In recent years, various strategies have been explored to address this issue. In this study, the focus lies on the use of smaller waste fractions, which present unique management challenges. The objective of this thesis is to showcase the development of innovative solutions using leather waste and reintegrating them into the same sector through the application of 3D printing, an integral technology within additive manufacturing. The leather, provided in particle form by the Stazione Sperimentale Italiana Pelli, was incorporated into the formulation of a composite material featuring a flexible bi-component epoxy matrix. The workflow encompasses bibliographic research, case studies, and material-technology experimentation. The former investigates current applications of leather waste and 3D printing in the fashion industry, with a focus on non-planar slicing for improved mechanical properties and aesthetics. The research identifies smartwatch strap production in the fashion accessories sector as a feasible application area. The experimental phase encompassed mechanical analysis and assessment of printability for the material. Tensile tests were conducted to evaluate its mechanical properties, while expressive-sensorial and the influence with the reference technology were also analysed, through the tools of Materials and Product Library. Printability assessments were performed using a DIW printer developed through frugal innovation processes. Grasshopper was used to generate non-planar slicing for formal analysis. The experimentation has demonstrated the feasibility of achieving printability for the composite material, even when employing non-planar slicing techniques, while exhibiting mechanical properties suitable for the intended application sector. At the conclusion of this phase, a watch strap prototype was successfully printed as a proof of concept.

L’alto livello di inquinamento nel settore della moda rappresenta un’attuale problematica globale di comportamento non sostenibile, che va ad influenzare non solo gli aspetti ambientali ma anche quelli sociali ed economici. All’interno di tale settore è inserito uno specifico ramo, particolarmente radicato nella tradizione italiana, ovvero la lavorazione delle pelle, definita anche con il termine di conceria. L’Italia, essendo tra i primi produttori ed esportatori di cuoio, è anche uno dei principali produttori di scarti, destinati alla dismissione o termo valorizzazione. Negli ultimi anni molto sono le soluzioni sperimentate o applicate per recuperare parte di essi e tra le diverse alternative è stato deciso, in questa ricerca, di usare gli scarti più piccoli, di gestione più complessa. Lo scopo di questa tesi è dimostrare come sia possibile sviluppare nuove soluzioni utilizzando gli scarti del cuoio e reinserirli all’interno dello stesso settore tramite l’applicazione della stampa 3D, una tecnologia inclusa nella manifattura additiva. Il cuoio, è stato fornito in forma di particelle dalla Stazione Sperimentale Italiana Pelli e applicato nella formulazione di materiale composito con matrice epossidica bi-componente flessibile. Il flusso di lavoro seguito si basa su una prima ricerca bibliografica e casi studio con successiva sperimentazione di materiale e tecnologia. Tramite l’analisi dello stato dell’arte sono state indagate le attuali applicazioni degli scarti del cuoio e l’uso della stampa 3D nel settore della moda. La ricerca è stata condotta anche su un ambito specifico della stampa 3D: lo slicing non-planare, volto al miglioramento di proprietà meccaniche e resa estetica del prodotto finale. La ricerca ha portato a definire, come ambito di applicazione, all’interno del settore accessori moda, la produzione di cinturini per smart watch. La fase sperimentale ha riguardato, invece, l’analisi meccanica e di stampabilità del materiale. La sperimentazione è stata condotta attraverso test a trazione e l’uso di materioteche, volte ad analizzare il materiale nei suoi aspetti esperenziali e sensoriali e il rapporto con la tecnologia di riferimento. Le prove di stampabilità si sono svolti con una stampante DIW costruita tramite processi frugali. Lo slicing non planare per l’analisi formale è stato generato tramite Grasshopper. La sperimentazione ha mostrato il raggiungimento della stampabilità del materiale composito anche attraverso dei processi di slicing non-planare, con proprietà meccaniche consone al settore applicativo. A conclusione di questa fase è stato stampato, come proof of concept, un prototipo di cinturino.