Monomateric, circular and sustainable footwear : design, supply chain integration and digital manufacturing

The footwear industry faces significant sustainability challenges due to its reliance on complex, multi-material constructions that hinder recyclability and contribute to waste. This thesis explores a circular design approach to footwear by investigating how monomateriality, additive manufacturing, and adhesive-free assembly can redefine production processes and enable full recyclability. The research focuses on developing a monomaterial sneaker that integrates advanced thermoplastic polyurethane (TPU) materials and fused granular fabrication (FGF) 3D printing to minimize environmental impact while ensuring durability and performance. The aim of this thesis is to evaluate how circularity can be comprehensively integrated into the footwear industry, and to develop a practical guide for creating a mono-material, easy to disassemble and fully recyclable shoe. The study introduces the concept of the "barefoot sneaker," a hybrid footwear model that merges the biomechanical benefits of barefoot shoes with the versatility and aesthetics of contemporary sneakers. By reviewing biomechanical research and market trends, the thesis highlights the advantages of barefoot footwear, including improved posture, enhanced sensory feedback, and reduced musculoskeletal strain. Parterships with Superforma for FDM 3D printing, DEMGY for thermoforming-based assembly, and CoatYarn for TPU yarn-based uppers drive the exploration of innovative production methods that eliminate adhesives, facilitate material recovery, and enhance the product’s circularity. By integrating cutting-edge materials and manufacturing processes, this research aims to bridge the gap between conceptual sustainability strategies and scalable production, paving the way for a truly circular, high-performance footwear solution.

L’industria calzaturiera si trova ad affrontare sfide significative in termini di sostenibilità, dovute alla sua dipendenza da costruzioni complesse e multimateriali che ostacolano la riciclabilità e contribuiscono alla produzione di rifiuti. Questa tesi esplora un approccio di design circolare per il footwear, indagando come la monomatericità, la manifattura additiva e l’assemblaggio senza adesivi possano ridefinire i processi produttivi e consentire una completa riciclabilità. La ricerca si concentra sullo sviluppo di una sneaker monomateriale che integra avanzati materiali in poliuretano termoplastico (TPU) e tecnologie di stampa 3D a pellet (FGF – Fused Granular Fabrication) al fine di ridurre l’impatto ambientale, garantendo al contempo durabilità e performance. L’obiettivo di questa tesi è valutare come la circolarità possa essere integrata in modo completo nel settore calzaturiero e sviluppare una guida pratica per la creazione di una scarpa monomateriale, facilmente disassemblabile e completamente riciclabile. Lo studio introduce il concetto di “barefoot sneaker”, un modello ibrido che unisce i benefici biomeccanici delle scarpe barefoot alla versatilità e all’estetica delle sneaker contemporanee. Attraverso la revisione di studi biomeccanici e delle tendenze di mercato, la tesi mette in evidenza i vantaggi delle calzature barefoot, tra cui il miglioramento della postura, un maggiore feedback sensoriale e una riduzione delle sollecitazioni muscolo-scheletriche. Le collaborazioni con Superforma per la stampa 3D FDM, con DEMGY per l’assemblaggio tramite termoformatura e con CoatYarn per la produzione di tomaie in filato TPU hanno guidato l’esplorazione di metodi produttivi innovativi che eliminano l’uso di adesivi, facilitano il recupero del materiale e migliorano la circolarità del prodotto. Integrando materiali e processi produttivi all’avanguardia, questa ricerca mira a colmare il divario tra le strategie di sostenibilità concettuali e la produzione su larga scala, aprendo la strada a una soluzione calzaturiera realmente circolare e ad alte prestazioni.