Innovative footwear systems for ballet: integration of 3D printed structural supports and bio-based padding materials

In classical ballet, pointe shoes function as the primary interface between the dancer’s body and the technical heritage of the discipline, enabling performers to challenge physical limits. Despite their central role, the materials and construction of traditional pointe shoes have remained largely unchanged for decades and are comparatively outdated when contrasted with contemporary footwear technologies. As a result, pointe shoes present limitations in terms of fit, durability, and comfort. Their lifespan can be extremely short, sometimes lasting only a few hours, leading to significant economic costs for dancers and theatre institutions. To reduce these costs, dancers often continue using shoes beyond their functional limit, increasing the risk of injury. This thesis presents RISE, an integrated digital system for the design and production of personalized foot supports for dancers, aimed at improving ergonomic performance, durability, and sustainability. The system combines three-dimensional data acquisition, parametric modeling, and additive manufacturing within a streamlined digital workflow. Foot geometry is captured through professional 3D scanning or indipendetly via SfM acquisition and translated into adaptive parametric models capable of generating customized designs based on individual anatomical characteristics and dancer preferences. These supports are fabricated through additive manufacturing using thermoplastic polyurethane (TPU), ensuring precision, repeatability, and material efficiency. Alongside computational design and digital fabrication, the project also explores the potential of biomaterials for dance equipment, investigating alternatives such as mycelium-based foam for padding components. Through material experimentation and design-driven research, these bio-based materials suggest new possibilities for sustainable cushioning solutions that could gradually replace conventional synthetic foams. By integrating computational design, digital fabrication, biomaterial experimentation, and circular production strategies, RISE proposes a new approach to dance equipment that extends the lifespan of pointe shoes while reducing material waste. This research demonstrates how user-centered digital design can transform traditional cultural artifacts, showing that technological innovation can coexist with heritage, aesthetic fidelity, and environmental responsibility. Ultimately, the project positions RISE as a design-driven framework for the future of specialized footwear, illustrating how digital technologies and emerging materials can support more sustainable, personalized, and resilient equipment within the performing arts.

Nel balletto classico, le scarpette da punta rappresentano l’interfaccia principale tra il corpo del danzatore e il patrimonio tecnico della disciplina, permettendo ai performer di sfidare i limiti fisici. Nonostante il loro ruolo centrale, i materiali e la costruzione delle tradizionali scarpette da punta sono rimasti in gran parte invariati per decenni e risultano relativamente obsoleti se confrontati con le tecnologie contemporanee nel campo del footwear. Di conseguenza, le scarpette da punta presentano limitazioni in termini di vestibilità, durata e comfort. Il loro ciclo di vita può essere estremamente breve, talvolta limitato a poche ore di utilizzo, generando costi economici significativi per ballerini e istituzioni teatrali. Per ridurre queste spese, i danzatori continuano spesso a utilizzare le scarpette oltre il loro limite funzionale, aumentando il rischio di infortuni. Questa tesi presenta RISE, un sistema digitale integrato per la progettazione e la produzione di supporti plantari personalizzati per danzatori, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni ergonomiche, la durabilità e la sostenibilità. Il sistema combina acquisizione tridimensionale dei dati, modellazione parametrica e produzione additiva all’interno di un flusso di lavoro digitale ottimizzato. La geometria del piede viene acquisita tramite scansione 3D professionale oppure autonomamente attraverso tecniche di acquisizione SfM (Structure-from-Motion), e successivamente tradotta in modelli parametrici adattivi in grado di generare configurazioni personalizzate basate sulle caratteristiche anatomiche individuali e sulle preferenze del danzatore. Questi supporti vengono poi fabbricati mediante manifattura additiva utilizzando poliuretano termoplastico (TPU), garantendo precisione, ripetibilità ed efficienza nell’uso dei materiali. Accanto alla progettazione computazionale e alla fabbricazione digitale, il progetto esplora inoltre il potenziale dei biomateriali per l’equipaggiamento della danza, investigando alternative come schiume a base di micelio per componenti di imbottitura. Attraverso sperimentazioni sui materiali e ricerca guidata dal design, queste soluzioni bio-based suggeriscono nuove possibilità per sistemi di ammortizzazione sostenibili che potrebbero gradualmente sostituire le tradizionali schiume sintetiche. Integrando progettazione computazionale, fabbricazione digitale, sperimentazione sui biomateriali e strategie di produzione circolare, RISE propone un nuovo approccio all’equipaggiamento per la danza, capace di estendere la durata delle scarpette da punta riducendo al contempo lo spreco di materiali. Questa ricerca dimostra come il design digitale user-centered possa trasformare artefatti culturali tradizionali, mostrando che l’innovazione tecnologica può coesistere con il patrimonio della disciplina, la fedeltà estetica e la responsabilità ambientale. In ultima analisi, il progetto posiziona RISE come un framework progettuale per il futuro del footwear specializzato, evidenziando come tecnologie digitali e materiali emergenti possano supportare lo sviluppo di equipaggiamenti più sostenibili, personalizzati e resilienti nel campo delle arti performative.