Porte gobelet gyroscopique

1.Introduction:

Dans un monde en constante évolution, l'innovation technologique est devenue un moteur essentiel de progrès. Parmi les nombreuses avancées qui ont façonné notre société moderne, les dispositifs gyroscopiques se sont révélés d'une importance cruciale. Ils ont été intégrés dans une gamme diversifiée d'applications, de l'aéronautique à la robotique, en passant par les dispositifs de stabilisation. Dans le cadre de notre projet, intitulé "Porte-Gobelet Gyroscopique", nous explorons une application novatrice de la technologie gyroscopique pour améliorer la stabilité des porte-gobelets et ainsi offrir une expérience de consommation plus agréable.

L'objectif principal de notre projet est de concevoir et de développer un porte-gobelet gyroscopique ajustable qui maintient automatiquement un verre ou une tasse en équilibre, même lorsque le support sur lequel il repose est soumis à des mouvements ou à des vibrations. 

2.Origine de l'idée du projet :

L'inspiration pour notre projet "Porte-Gobelet Gyroscopique" est née de notre désir de résoudre des problèmes quotidiens en utilisant la technologie et l'ingénierie. En tant qu'étudiants, nous avons constaté que la cuisine était un domaine où les défis de la stabilité des verres et des tasses étaient courants. Cependant, les idées initiales que nous avons explorées semblaient être des solutions ordinaires à des problèmes communs. C'est alors que l'idée d'un porte-gobelet stable, et qui pouvait offrir une solution innovante à ce problème, a émergé. Cette idée a captivé notre imagination et a marqué le point de départ de nos recherches approfondies pour concevoir la forme et la structure optimales capables d'assurer la stabilité des boissons dans divers contextes. Le système gyroscopique déjà existant et appliqué sur des bâtiments pour résister au tremblement de terre mais ainsi sur des assiettes pour enfant était parfaitement cohérent avec nos vœux d'où on a décidé de l'adopter pour schématiser notre idée.

3.Étude du Besoin et du Marché :

L'étude du besoin et du marché pour notre projet révèle un potentiel considérable. Dans notre société moderne, les accidents liés aux renversements de boissons sont courants, aussi bien à domicile que dans des environnements publics tels que les transports en commun, les bateaux et les lits. Notre porte-gobelet gyroscopique vise à résoudre ce problème en maintenant les boissons en équilibre, quelles que soient les perturbations du support. Cette solution répond à un besoin clairement identifié en matière de stabilité des boissons.

Sur le plan du marché, notre projet s'inscrit dans une tendance croissante de l'automatisation et de l'amélioration de la vie quotidienne. Les consommateurs recherchent des produits qui simplifient leur routine et améliorent leur expérience. Les porte-gobelets gyroscopiques peuvent trouver des applications dans divers secteurs, y compris les entreprises de transport, les hôpitaux, et les foyers. Cette diversité d'applications ouvre des perspectives commerciales prometteuses. En outre, notre étude de marché préliminaire indique que la demande potentielle pour un tel produit est en constante augmentation, ce qui renforce notre conviction que le "Porte-Gobelet Gyroscopique" a un marché viable et une demande croissante.

4.Modèles existants:

Les modèles actuels de porte-gobelets se limitent principalement à la fonction de fixation ou de placement dans divers espaces, notamment en voiture. Toutefois, cette caractéristique ne garantit pas toujours une stabilité optimale lors de chocs, de vibrations ou de mouvements. 

En règle générale, les porte-gobelets traditionnels disponibles sur le marché sont fabriqués en matière plastique ou en cellulose moulée. Ci-dessous, vous trouverez quelques exemples illustrant ces modèles existants.                                      

5.Analyse fonctionnelle:

Diagramme bête à corne

Diagramme pieuvre (produit en phase d’utilisation):

Diagramme pieuvre (produit en repos)

6.Prototypage:

Définition des formes, dimensionnement, et applications:

On a mené des recherches afin de comprendre comment un système gyroscopique fonctionne, quelles grandeurs faut prendre en compte, mais ainsi on a pensé à rendre notre porte gobelet universel donc ajustable à de diverses type de gobelets. Ces dernières nous ont mené à concevoir un porte gobelet formé de 3 anneaux de tailles différentes reliés entre eux par des tenons le tout maintenue par 3 pieds conçu de tel manière à rendre le système le plus stable possible. L’aspect gyroscopique s’effectue par deux rotations des deux anneaux, le moyen et le petit chacun selon un axe différent. Cela implique la stabilité non pas juste du gobelet mais aussi du liquide qu’ il contient.

Choix de la matière: 

Les principes fondamentaux de notre objet consistent à le rendre aussi léger, esthétiquement plaisant et thermiquement résistant que possible, étant donné qu'il sera en contact avec des liquides chauds en tant que porte-gobelet. Lorsqu'on évoque un porte-gobelet, on l'imagine souvent en plastique ou en matériau composite.Mais vu qu ‘une impression en PLA était aussi possible, cela a nécessité une comparaison entre différentes matières. Au cours de notre deuxième année à l'INSA, nous avons appris à utiliser le logiciel CES Desk pour comparer les propriétés mécaniques et générales de différents matériaux compatibles avec les machines disponibles au fablab. Ce logiciel nous permet de connaître les propriétés des matériaux tout en générant des graphiques en fonction des axes et des coordonnées choisis lors de l'analyse, correspondant ainsi aux contraintes scientifiques que nous avons définies.

Tableaux de comparaison entre pla et abs 

Nos esquisses:

L'introduction des esquisses de notre projet constitue une étape cruciale pour visualiser et conceptualiser notre vision. Ces représentations graphiques offrent une fenêtre visuelle permettant de transcender les idées abstraites en formes tangibles. Chacune des esquisses présente une interprétation visuelle des principes fondamentaux de notre projet, mettant en lumière les aspects clés tels que la légèreté, l'esthétique et la résistance thermique. À travers ces croquis, nous nous efforçons de capturer l'équilibre subtil entre fonctionnalité et design, en explorant les différentes possibilités matérielles et en traduisant nos idées en images inspirantes. Ces esquisses serviront de référence visuelle tout au long du processus de conception, guidant notre équipe vers la concrétisation de notre vision. Elles incarnent l'essence créative de notre projet et constituent le point de départ d'un parcours passionnant vers la réalisation de notre concept novateur.

Conception CAO:

L'introduction des modèles CAO marque une transition cruciale de la conceptualisation vers la concrétisation de notre projet. Ces modèles tridimensionnels représentent une étape essentielle dans le processus de conception, offrant une perspective détaillée de notre vision. Les modèles CAO transcendent les esquisses conceptuelles en fournissant une représentation virtuelle précise de chaque composant, permettant ainsi une analyse approfondie de la géométrie, des dimensions et de l'assemblage. Cliquez ici pour voir nos modèles CAO.

7.Premiers résultats et amélioration:

En ayant recours à l'imprimante Fortus 250mc, nous avons lancé la première impression de notre prototype initial, nécessitant 13,5 heures de fabrication. Ce premier résultat a mis en lumière des aspects à améliorer, notamment des défauts d'impression au niveau des tenons, malgré la qualité de la machine. De plus, nous avons identifié une inefficacité des tenons, ne parvenant pas à bloquer le glissement entre les anneaux de manière optimale. Suite à une consultation avec notre professeur, il a été souligné que l'épaisseur de l'objet final était disproportionnée par rapport à sa fonction principale, et que les pieds de support tendus occupaient excessivement d'espace en termes de surface. Par conséquent, une reconsidération des liaisons entre les anneaux, ainsi qu'entre les pieds et les anneaux, est nécessaire. De même, il faudra ajuster l'épaisseur des anneaux et repenser la forme des pieds. Malgré ces ajustements nécessaires, le premier prototype confirme le choix judicieux du matériau et la validité du principe de rotation sur deux axes, assurant ainsi la résistance du porte-gobelet aux chocs et aux vibrations de surface. Des images du premier prototype sont présentées ci-dessous:

8. Nouvelle conception:

Après avoir pris en compte les commentaires et les observations découlant de l'impression de notre prototype, nous avons ajusté les dimensions des anneaux et des pieds dans le but de réduire l'épaisseur du porte-gobelet et de minimiser son empreinte. Malheureusement, le choix d'une épaisseur de 0.6 cm au lieu de 1 cm s'est avéré trop mince, entraînant une fragilité des anneaux et un risque de cassure. Nous avons donc interrompu le processus pour réévaluer les éléments nécessaires à la réalisation des fonctions prévues de l'objet.

Nous avons réexaminé l'épaisseur des anneaux, optant cette fois-ci pour 1 cm, et avons modifié la forme du support lié au plus petit anneau. Pour renforcer la prise du gobelet et rendre notre porte-gobelet gyroscopique ajustable, nous avons ajouté une pièce en caoutchouc à l'intérieur du plus petit anneau dont la conception a été faite sur CREO et on l'a découpé à l'aide de la machine à laser mise à disposition. De plus afin d'éviter le glissement du porte goblet sur des surfaces inclinées on a décidé de rajouter des piéces encore en caoutchouc entre la surface de contact et les pieds du porte goblet. En remplacement des tenons, nous avons choisi d'utiliser des vis et des écrous pour assurer la liaison entre les différentes pièces. 

9. Modélisation des forces:

Nous avons choisi d'effectuer la simulation sur le plus petit anneau, étant donné que c'est celui auquel s'applique directement le poids du gobelet. Cette décision découle de la nécessité de comprendre en détail les forces et contraintes exercées sur cette partie cruciale du porte-gobelet gyroscopique, afin d'optimiser sa conception pour une performance optimale. En utilisant le logiciel Creo, nous avons modélisé ces forces pour mieux appréhender les contraintes mécaniques et garantir la fiabilité du dispositif dans des conditions d'utilisation variées. La matière retenue est l'ABS, un matériau reconnu pour ses propriétés mécaniques robustes. Les images de simulation présentées ci-dessous fournissent une visualisation détaillée des réponses mécaniques anticipées.

10. Prototype final:

Puisque l'INSA était fermé pendant les vacances de Noël, nous avons pris la décision de fréaliser nos impressions chez un tiers afin de garantir le bon fonctionnement de notre nouvelle conception. Une fois les impressions terminées, l'accès au Fablab a été rétabli, permettant ainsi la découpe au laser de la pièce en caoutchouc qui rend le porte-gobelet ajustable, ainsi que des pièces supplémentaires renforçant la rigidité entre la surface de contact et le porte-gobelet. En utilisant des vis et des écrous, nous avons assemblé les différentes pièces, puis fixé les pièces en caoutchouc avec de la colle. Le résultat final était parfaitement fonctionnel, dépassant nos attentes. Consultez l'image du prototype final en cliquant ici, et découvrez son fonctionnement dans la vidéo suivante:

11. Vignette A5 :

Pour regarder notre vidéo youtube, merci de cliquer ici

12. Conclusion:

En conclusion de notre projet, nous sommes ravis de présenter un prototype final qui a démontré une fonctionnalité exceptionnelle. Nous souhaitons exprimer notre profonde gratitude envers les enseignants de l'INSA qui, par leur soutien continu et leur disponibilité, ont grandement contribué à la réussite de notre entreprise.

Nous tenons à remercier chaleureusement M. Denis CAVALLUCCI et M. Amadou COULIBALY pour leur guidance précieuse tout au long du processus. Leurs conseils éclairés et leur disponibilité ont été des éléments clés dans le développement de notre projet.

La collaboration efficace entre les membres de l'équipe, l'utilisation judicieuse des outils du Fablab et l'application de diverses techniques d'assemblage ont abouti à un produit final robuste et ergonomique. Nous sommes confiants que notre création répondra aux besoins du marché en offrant une solution innovante et pratique.

Nous tenons également à remercier tous ceux qui ont contribué à la réussite de ce projet, de près ou de loin. Votre soutien a été essentiel pour surmonter les défis et atteindre les objectifs fixés. Nous sommes impatients de continuer à perfectionner notre conception et d'explorer de nouvelles possibilités dans le futur.

N'hésitez pas à visionner la vidéo montrant le fonctionnement du prototype et à explorer l' image du produit final ci-dessus. Merci de suivre notre parcours et de partager cette expérience enrichissante avec nous.