Gourde modulable

Table des matières :

1- Introduction 

• Analyse du besoin
• Étude de faisabilité 

2- Préconception

• Analyse fonctionnelle - Bête à cornes
• Cahier des charges fonctionnelles

3- Conception

• Allure générale et mécanisme du système
• Solutions inventives et finale
• Dimensionnement et modélisation 3D
• Calcul statique
• Modèle final

4- Réalisation

• Processus de fabrication

5- Conclusion 

• Produit final
• Auto-critique (défauts de fabrication et amélioration)

1.         1- Introduction

Le but de notre projet était de proposer un produit utile à la société en en améliorant un déjà existant. En effet, une gourde possède un net avantage économique et écologique par rapport à la bouteille en plastique du fait qu’elle est réutilisable. De plus, elle permet de contenir tout type de liquide chaud ou froid. Cependant, elle possède un défaut majeur, le fait qu'elle ne puisse contenir qu’un seul liquide à la fois.

Pour pallier cela, après plusieurs discussions, nous vous proposons donc la gourde modulable. Cette gourde permet de transporter deux liquides différents à la fois. L’utilisateur peut ainsi transporter à la fois du café et du coca par exemple sans avoir à utiliser des contenants tels que des bouteilles en plastiques (qui ne sont pas réutilisables et pas forcément recyclées après utilisation) entraînant de la pollution et des coûts supplémentaires

1.         2- Préconception

        Analyse Fonctionnelle - Bête à cornes :

Après avoir précisé la direction de notre projet, la première étape était de définir l'analyse fonctionnelle de notre gourde. Pour cela, il fallait tout d'abord réaliser la bête à corne et un diagramme pieuvre pour pouvoir orienter et optimiser notre produit final. La gourde doit assurer une interaction entre l'utilisateur et des liquides. De même, elle devra résister à plusieurs contraintes d'environnement.  Par cela, nous avons réalisé notre bête à corne et diagramme de pieuvre réduit.

        Fonctions de services

La gourde devait répondre à une fonction principale permettant a l'utilisateur de stocker plusieurs liquides bien séparés. En plus, l'utilisateur doit être capable de les boire et d'avoir la possibilité de changer de liquide. Elle devait aussi faire face à de nombreuse fonctions contraintes comme l'étanchéité, l'altération du gout et l'esthétisme. 

FP1 : Permettre à l’utilisateur de contenir plusieurs liquides

FP2 : Permettre à l’utilisateur de boire/changer de liquide

FC1 : Être ergonomique

FC2 : Être esthétique

FC3 : Être étanche

FC4 : Ne pas modifier la composition chimique des liquides

FC5 : Être transportable dans la poche du sac

FC6 : Résister à l’environnement

FC7 : Permettre l'interchangeabilité des modules

FC8 : Permettre à l’utilisateur de manipuler l’objet comme il le souhaite

FC9 : Permettre à l’utilisateur de stocker une contenance suffisante

        Cahier des charges fonctionnelles

      3- Conception

         Allure générale et mécanisme du système :

Les premières propositions et croquis effectués nous ont conduit vers le design et les solutions suivante :

Pour la fermeture et l'ouverture de la gourde, nous avons pensé à plusieurs mécanismes pour le bouchon.

Le premier mécanisme consiste à diriger le bouchon grâce à un système de rainure. Il est guidé de sorte à ne pas dépasser du capuchon lorsque la gourde se trouve dans le sac et de ressortir lorsque l’utilisateur souhaite boire. La sortie du bouchon est notamment assurée par un ressort qui le pousse lorsque le bouchon est aligné sur la rainure.

Le second consiste uniquement en un système vis-écrou, où le bouchon, qui possède un filetage extérieur, peut se visser dans le capuchon possédant quant à lui un filetage intérieur. Le bouchon peut donc se retrouver rétracté dans le sac puis ressorti lorsque l’utilisateur souhaite boire.

Pour l’assemblage des deux compartiments, une rainure située sous chaque module permet de glisser un rail de même forme, et ainsi de les assembler ensemble, par leur surface de dessous.

        Solution inventive :

Nous avons essayé, en nous basant sur notre cahier de charge, de concevoir plusieurs solutions inventives et une solution finale éventuellement. Voici les solutions retenues :

        Trois compartiments fixés sur un compartiment sous forme de prisme triangulaire

Avantages :

• Plus de volume consacré aux liquides
• Esthétique 

Inconvénients :

• Volume occupé important, rayon assez important 
• Peu ergonomique

• 4 bouchons requis

        Deux compartiments assemblés par liaison glissière entre les bases des deux

Avantages :

• Séparation des deux liquides
• Diamètre raisonnable

Inconvénients :

• Moins ergonomique : les deux bouchons de chaque côté des bouteilles empêche le placement vertical de la bouteille

Solution retenue (solution 2) : Deux compartiments identiques, avec une couverture et un bouchon implanté. Ces deux compartiments sont assemblés à l'aide d'un rail intermédiaire. La liaison entre le rail et chacun des compartiments est une liaison glissière.

        Dimensionnement et Modélisation 3D

La solution finale étant choisi, il a fallu dimensionner le système. Pour cela, nous somme parti du fait que la gourde devait pouvoir être transportée dans les poches extérieures des sac, il fallait donc que le diamètre de la gourde soit inférieur ou égale à 80mm. Nous voulions aussi que l’utilisateur puisse transporter au minimum 330mL de boisson, de sorte à contenir l’équivalent d’une canette de soda. Par un rapide calcul, nous nous sommes donc aperçu qu’il fallait que la hauteur de la gourde soit d’environ 130mm, en prenant en compte l’épaisseur des parois et l’emplacement pour le capuchon. La jonction entre les deux modules est effectuée à l’aide d’un rail. Les esquisses nous ont conduites à différentes formes, et la sélection de celle-ci à été réalisée grâce à une étude statique (voir plus bas).

Pour pouvoir poser la gourde à plat (sur une table par exemple), il nous a fallu concevoir un bouchon rétractable. Nous avons opté pour une rainure dans le capuchon guidant le bouchon à effectuer une certaine trajectoire pour sortir ou pour le bloquer lorsqu’il est rentré. De plus, le liquide contenu dans la gourde devait pouvoir sortir par le bouchon, pour cela, nous avons créé un « canal » dans le capuchon, guidant l’eau jusqu’au bouchon, comprenant lui aussi un passage pour faire le faire traverser par l’eau, accessible par l’utilisateur.

Il a ensuite fallu modéliser les différentes pièces, puis les assembler dans un logiciel de modélisation 3D. Cette étape nous a donc permis de constater que certaines formes n’étaient pas adaptées et il nous a donc était aisé de modifier la définition de celles-ci. Ces étapes nous ont donc ainsi permis d’aboutir au modèle suivant :

        Calcul Statique

Pour sélectionner la forme de rail la plus adaptée, nous avons étudié la résistance mécanique de chacun d’entre eux, nous avons réalisé des simulations avec des forces statiques pour trouver la meilleure solution, à savoir celle qui résiste le mieux aux charges exercées par les compartiments. Pour une même charge de 20N chaque forme effectue une déformation. Toutes les déformations sont dans le domaine élastique, donc toutes les solutions du rail convenaient. Il fallait chercher la solution avec la déformation et/ou la contrainte la plus faible.

Pour le premier rail la déformation transversale était assez importante avec une valeur maximale de 0.25 micromètre.

Les rails avaient des zones de déformations identiques. Le seul variant était la valeur de leur déformation transversale . Pour le deuxième rail, la déformation était plus importante que le premier avec une valeur maximale de 0.28 micromètre. La solution retenue est la suivante :

                  Modèle final

Tous les paramètres précédents pris en compte, nous aboutissons à la maquette suivante :

1.         4- Réalisation

Pour la création des pièces, nous avons utilisé l'imprimante 3D Fortus pour imprimer l'ensemble des compartiments, bouchon, couvercle et le rail qui sert à joindre les deux compartiments. Nous avons choisi de couper le couvercle en deux parties symétriques afin de pouvoir y insérer le bouchon, puis de le visser dans les compartiments. Les impressions effectuées, il a évidemment fallu faire quelques ajustements au papier à poncer afin que tout s’assemble correctement.

La tâche la plus difficile fut de réaliser l’ouverture en résine époxy. Nous avons pour cela imprimer deux pièces permettant de créer un coffrage pour le moulage de la vitre. La première réalisation du moulage à malheureusement échoué car l’époxy est passé à travers du coffrage. Nous l’avons donc étanchéifié puis réitéré l’opération, qui s’est déroulé comme souhaité. En revanche, lors du durcissement de la résine, celle-ci s’est rétractée et a créé une bande libre de matière en plein milieu, que nous avons comblé comme nous pouvions avec du silicone à disposition.

Le résultat final donne une bulle translucide (remplie de petites bulles) avec une bande blanche au milieu. Ce n’était pas exactement le résultat souhaité, mais l’idée du prototype est plus de donner une allure qu’un produit tout à fait fonctionnel. Voici le résultat final :

1.         5- Conclusion

Suite à ce semestre, nous sommes plutôt satisfaits du projet, bien qu’il ne soit pas complétement terminé. En effet, il nous restait à étanchéifier la gourde en la passant à la vapeur d’acétone. De plus, seul un des deux compartiments possède une bulle transparente et un bouchon, à qui il manque un ressort pour sortir plus aisément du capuchon.

Il reste tout de même des améliorations possible à ce prototype. Les compartiments reliés par le rail ont tendance à glisser l’un par rapport à l’autre, il semblerait bon de changer de matériaux, comme un plastique plus élastique qui serait plus compressible et reprendrait sa forme lorsque les rails seraient assemblés, afin d’avoir un contact plus efficace, ou de définir un système d’arrêt à ces compartiments. Ensuite, nous nous sommes aperçu que l’épaisseur de la gourde était tout de même importante, il faudrait sûrement la réduire à 2 ou 3mm, pour économiser de la matière et du poids.

 Ce projet nous a permis d’approfondir nos connaissances dans de nombreux domaines tels que la CAO dans la modélisation des différentes pièces, l’analyse fonctionnelle dans la mise en place du cahier des charges ou encore la créativité dans la recherche d’un concept innovant. Finalement ce projet est avant tout un travail d’équipe dans lequel nous avons réussi à exploiter au mieux les connaissances de chacun.