Publication
Automated multi-material fabrication of buildings
| dc.contributor.advisor | Duarte, José Pinto | |
| dc.contributor.advisor | Bártolo, Helena, coorientadora | |
| dc.contributor.advisor | Bártolo, Paulo Jorge da Silva, coorientador | |
| dc.contributor.author | Craveiro, Flávio Gabriel da Silva | |
| dc.date.accessioned | 2020-07-06T15:42:28Z | |
| dc.date.available | 2022-01-06T01:30:17Z | |
| dc.date.issued | 2020-01-06 | |
| dc.description | Tese de Doutoramento em Arquitetura, com a especialização em Desenho e Computação apresentada na Faculdade de Arquitetura da Universidade de Lisboa para obtenção do grau de Doutor. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Arquitetos e engenheiros estão sob crescente pressão para melhorar a eficiência e a eficácia do setor da arquitetura, engenharia e construção, de forma a reduzir o impacto ambiental, o uso de materiais e os custos. A eficiência de recursos, baseada numa estratégia de economia circular, considera um uso eficiente da energia, assim como dos recursos naturais e materiais. A integração de tecnologias digitais nos processos de construção permitirá uma maior flexibilidade no projeto e customização, bem como a conceção de formas complexas e novos materiais. Nos últimos anos, o interesse no desenvolvimento de tecnologias de fabricação aditiva na construção cresceu, mas encontram-se limitadas ao projeto e fabrico de componentes físicos compostos por materiais com propriedades homogéneas, garantindo a segurança estrutural, mas negligenciando o uso eficiente de recursos. Para superar tais limitações, um novo sistema de fabricação aditiva foi desenvolvido para construção automatizada, permitindo a produção de materiais compósitos heterogéneos com composição espacial variável, através da replicação de processos naturais. Pretende-se, portanto, desenvolver um sistema que permita desenhar e produzir elementos de construção heterogéneos com maior desempenho. Foi desenvolvida uma ferramenta computacional, em Grasshopper, que permite a geração automática da composição do material e o controlo o equipamento de fabricação. A interface com o utilizador permite criar elementos de construção uni ou multimaterial com gradiente de porosidade ou de material, permitindo conceber o material em resposta a requisitos termomecânicos predefinidos, otimizando o seu desempenho. Um equipamento robotizado, composto por várias bombas de material, foi desenvolvido para produzir os elementos de construção heterogéneos gerados pela ferramenta computacional. A necessidade de novos materiais para viabilizar a fabricação aditiva exigiu a realização de trabalho experimental, no qual foram avaliadas as propriedades mecânicas e térmicas de várias misturas de betão de agregados finos contendo cortiça, fibras, basalto e outros resíduos industriais. Foram utilizadas diferentes percentagens de cortiça, uma matéria-prima leve, natural e sustentável, totalmente biodegradável, renovável e reciclável. As misturas de betão com maiores quantidades de cortiça apresentam menor condutividade térmica quando comparadas com as que possuem menor percentagem ou com as que não contêm cortiça, verificando-se igualmente uma redução significativa no peso do material. A utilização de um sistema de fabricação automática que permita a extrusão aditiva betão leve de composição ajustável para a produção de elementos de construção heterogénea poderá ser uma solução eficiente para reduzir os custos energéticos e proporcionar conforto térmico aos utilizadores dos edifícios. | pt_PT |
| dc.description.abstract | ABSTRACT: Architects and engineers are under increasing pressure to improve the efficiency and effectiveness of the architecture, engineering and construction (AEC) sector, reducing environmental impacts, material use and costs. Resource efficiency, based on a circular economy strategy, considers an efficient use of energy, natural resources, and materials. The integration of digital technologies into construction processes will allow for a greater flexibility in design and customization, as well the emergence of complex shapes and new materials. In recent years, the interest in developing additive manufacturing (AM) technologies in the AEC has increased, though traditional AM technologies are limited to the design and fabrication of physical components with homogeneous material properties, assuring structural safety but with no efficient use of material resources. To overcome these limitations, an AM system was developed for automated fabrication, enabling the fabrication of heterogeneous composite materials with varying material distribution, simulating nature’s structural behavior. The aim is to design and fabricate functionally graded building components with increased performance. A design system, developed in grasshopper, was designed to generate the material composition variation and control the fabrication equipment. The user interface allows creating single or multi-material building components with pore size or material gradients, permitting to design the material in response to thermo-mechanical requirements, optimizing its performance. A multi-pump robot equipment was developed to produce the generated heterogeneous building components. It was necessary to develop printable materials to enable additive fabrication, so experimental work was carried out to assess the mechanical and thermal properties of fiber cement-based concrete mixtures containing cork, basalt and other residual waste. Different percentages of cork were used, as it is a natural and sustainable lightweight raw material, completely biodegradable, renewable, and recyclable. Results show that concrete mixtures with higher quantities of cork have lower thermal conductivity compared to the ones with less percentage or no cork, as well a significant reduction in material weight. The potential use of an AM system to produce printable functionally graded lightweight concretes can be an efficient solution to reduce energy costs and provide thermal comfort for building users. | pt_PT |
| dc.description.version | N/A | pt_PT |
| dc.identifier.citation | CRAVEIRO, Flávio Gabriel da Silva - Automated multi-material fabrication of buildings.- Lisboa: FA, 2020. Tese de Doutoramento. [O autor não autoriza a divulgação do texto integral] | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101625561 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.5/20170 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.publisher | Universidade de Lisboa, Faculdade de Arquitetura | pt_PT |
| dc.subject | Impressão 3D | pt_PT |
| dc.subject | Fabricação aditiva | pt_PT |
| dc.subject | Impressão de betão | pt_PT |
| dc.subject | Cortiça | pt_PT |
| dc.subject | Materiais com gradiente funcional | pt_PT |
| dc.subject | Impressão 3D | pt_PT |
| dc.subject | Fabricação aditiva | pt_PT |
| dc.subject | Impressão de betão | pt_PT |
| dc.subject | Cortiça | pt_PT |
| dc.subject | Materiais com gradiente funcional | pt_PT |
| dc.subject | 3D Printing | pt_PT |
| dc.subject | Additive manufacturing | pt_PT |
| dc.subject | Concrete printing | pt_PT |
| dc.subject | Cork | pt_PT |
| dc.subject | Functionally graded materials | pt_PT |
| dc.title | Automated multi-material fabrication of buildings | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.citation.conferencePlace | Faculdade de Arquitetura | pt_PT |
| rcaap.embargofct | "Alguns dados ainda não foram publicados." | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |