Reframing digital manufacturing for materials design: negotiating fabrication across biobased and biofabricated systems

Contemporary environmental, social, and material crises challenge dominant production paradigms, demanding a rethinking of how materials are designed, processed, and reintegrated within ecological systems. Within this context, Materials Design for Transition emerges as a strategic field for enabling circular and regenerative practices. However, digital manufacturing technologies widely adopted in design remain largely optimized for standardized industrial polymers, limiting their compatibility with bio-based and biofabricated materials. This research investigates how digital manufacturing can be reconfigured as an enabling infrastructure for transitional materials. Rather than treating additive manufacturing as a neutral production tool, the study explores how fabrication logics, computational workflows, and material protocols must adapt when applied to non-standard, biologically derived systems. The thesis combines literature analysis with experimental investigation to address the gap between emerging sustainable materials and accessible digital fabrication processes. Two case studies structure the inquiry. The first applies Fused Deposition Modeling (FDM) to a biobased composite filament based on PLA, polyethylene glycol, and grape pomace waste, exploring how waste-derived fillers can be integrated within conventional thermoplastic workflows. The second investigates Liquid Deposition Modeling (LDM) with bacterial cellulose bioinks, requiring machine reconfiguration, rheological control, and computational toolpath strategies to accommodate biofabricated matter. By comparing these trajectories, the research documents a shift from integrating sustainable materials within existing fabrication systems to renegotiating fabrication paradigms in response to material agency. The findings demonstrate how digital manufacturing can evolve from a form-reproduction tool into a mediated interface between computational control, material behavior, and regenerative design practice.

Le attuali crisi ambientali, sociali e materiali stanno mettendo in discussione i modelli produttivi dominanti, richiedendo una profonda revisione del modo in cui i materiali vengono progettati, trasformati e reintegrati nei cicli ecologici. In questo contesto, il Design di Materiali per la Transizione si configura come ambito strategico per abilitare pratiche circolari e rigenerative. Tuttavia, le tecnologie di fabbricazione digitale ampiamente adottate nella pratica progettuale risultano ancora prevalentemente ottimizzate per polimeri industriali standardizzati, limitando la loro applicabilità a materiali bio-derivati e biofabbricati. La presente ricerca indaga come la fabbricazione digitale possa essere riconfigurata come infrastruttura abilitante per i materiali della transizione. Piuttosto che considerare la fabbricazione digitale come uno strumento neutro di produzione, lo studio esplora come logiche di fabbricazione, workflow computazionali e protocolli materiali debbano adattarsi quando applicati a sistemi non standard e di origine biologica. La tesi integra analisi dello stato dell’arte e sperimentazione progettuale per colmare il divario tra materiali emergenti sostenibili e processi di fabbricazione digitale accessibili e replicabili. Due casi studio strutturano l’indagine. Il primo applica la Fused Deposition Modeling (FDM) a un filamento composito bio-based a base di PLA, polietilenglicole (PEG) e vinaccia micronizzata, esplorando l’integrazione di scarti agroalimentari in workflow termoplastici convenzionali. Il secondo indaga la Liquid Deposition Modeling (LDM) con bioink a base di cellulosa batterica, richiedendo riconfigurazione della macchina, controllo reologico e strategie di pattern computazionale per accogliere materia biofabbricata. Il confronto tra i due percorsi evidenzia il passaggio dall’integrazione di materiali sostenibili in sistemi esistenti alla rinegoziazione dei paradigmi di fabbricazione in risposta all’agency materiale, proponendo la fabbricazione digitale come interfaccia critica tra controllo computazionale, comportamento della materia e progettazione rigenerativa.