Porte assiettes pour service

Par Anatole, Gwendal, Djibril et Antoine

1. Introduction
   
   Cette page vous permettra d'en apprendre plus sur la réalisation de notre projet, le porte-assièttes pour service. Nous entrerons plus en détail sur les différentes étapes de celui-ci, en particulier sur l'idée de notre projet et les éléments similaires déja disponibles sur le marché, l'analyse fonctionnelle et la détermination des besoins de l'utilisateur, la réalisation de notre solution technique ou encore la vérification par les calculs de notre solution finale. Enfin, nous terminerons notre présentation par une brève conclusion portant un regard sur les différents enjeux de ce projet et une critique sur notre manière d'aborder les étapes abordées précédemment
   
    

2. Idée du projet/Recherches
   
   Au début de notre projet, nos réflexions étaient tournées vers l'idée de faire un produit répondant à un besoin spécifique nouveau ou d'améliorer une solution déjà existante. C'est alors que nous est venu l'idée d'imaginer une solution pouvant aider au transport d'assiettes déjà préparées et prêtes à être servies dans le cas d'un grand repas de famille par exemple où il est parfois difficile de servir tout le monde en même temps faute de place sur la table. Cela requiert donc aussi que notre solution soit portable. Néanmoins, notre idée s'est vite tournée vers la restauration et les différentes applications possibles dans ce secteur. En effet, les serveurs dans les restaurants servent plusieurs plats à bout de bras et notre projet aurait alors pour but de leur permettre un transport plus simple et ergonomique des plats tout en maintenant la capacité à en apporter plusieurs à la suite pour que les personnes à table puissent manger en même temps.
   Avec le temps, d'autres problématiques se sont posées, comme le fait qu'il fallait que notre projet puisse accueillir différentes formes d'assiettes (plates, à soupes, à dessert...) ou encore celle d'optimiser le retrait des assiettes de leurs supports.
   
   
   Nous nous sommes donc tournées vers les différentes solutions déja existantes pour tenter d'en trouver les points à améliorer et les solutions techniques utiles à notre projet. Sur le marché, il n'existe par à proporement parlé de solution complète à notre problème. En effet, certaines astuces requiert une grande abilité du serveur comme l'utilisation d'un plateau pour entreposer des assiettes ou encore des dispositifs dont nous nous sommes inspirés qui ne sont pas fait pour être déplacées comme un présentoir à dessert de forme cylindrique (voir image ci-dessous).
   Cette solution à l'avantage de présenter une forme cylindrique qui serait adaptée à la forme des assiettes et il ne manque que quelques ajouts pour maintenir les assiettes en place afin de rendre le présentoir transportable
   C'est donc sur cette base que nous sommes partis pour développer nos idées et établir les différentes pièces nécessaire à la réalisation de notre projet.
   
   
    
3. Analyse fonctionnelle et évolution des solutions techniques par rapport à la base de notre projet (présentoir à dessert)

   
   Pour effectuer l’analyse fonctionnelle, nous nous sommes appuyés sur deux outils : la bête à corne et la pieuvre.

    

   La première nous a permis de fixer les grandes idées du projet en se posant les questions principales :

        - Pour qui le produit est-il nécessaire ? Notre réponse initiale était le serveur en restauration, mais restant sur l’idée que le présentoir pouvait également être utilisé à un usage personnel, dans une maison par exemple, nous avons décidé de regrouper toutes les personnes concernées par « L’Homme ».

        - Sur quoi agit le produit ? Notre porte-assiettes agit uniquement sur les assiettes, quelque soient leur type:à dessert, à soupe, assiette plate...

        - Dans quel but le produit existe-t-il ? L’objectif de notre présentoir, comme indiqué en introduction, est de transporter facilement plusieurs assiettes pleines sans avoir besoin de jouer aux équilibristes.

    

   Suite à cette première approche, nous sommes intéressés à réaliser la pieuvre liée à notre produit. Celle-ci nous a permis de voir quelles contraintes allaient s’exercer dessus, et lesquelles il allait exercer sur son environnement proche.

   Nous sommes ainsi arrivés à la conclusion que le porte-assiettes devra résister à différents facteurs naturels : les rayonnements lumineux, la température ambiante et l’humidité extérieure, et à d’autres dus à son utilisation : la température des assiettes, les produits de nettoyage, l’utilisateur. Noter produit doit aussi répondre à certaines contraintes de fonctionnement : il doit être solide pour ne pas se casser sous le poids de ce qu’il transporte ou s’il est victime d’un choc lors du déplacement, par exemple en entrant en collision avec une table ou une chaise, il doit être stable quand on le pose sur une table, il ne doit pas être néfaste à la nourriture, il doit être un isolant thermique pour ne pas absorber toute la chaleur des plats et enfin, il ne doit pas garder l’odeur de la nourriture qu’il transport pas confort d’utilisation et afin de ne pas altérer avec la nourriture lors du repas suivant.

   

   

   Pour effectuer ces études, nous nous sommes inspirés du présentoir à dessert. Les plus grandes différences qui en résultent sont l’accueil des assiettes, le poids à transporter qui est plus important dans notre cas de même que la résistance aux températures, les desserts présentés étant souvent froids.

    

   Prenons l‘exemple de l‘évolution des bagues. Leur objectif principal est de maintenir l‘assiette de manière stable, elles doivent donc supporter son poids. Nous sommes d‘abord parti sur l‘idée d‘un plateau plein, pouvait porter n‘importe quel type d‘assiette. Cependant, niveau stabilité de l‘assiette et poids du plateau, cette solution n‘était pas optimale. Nous nous sommes alors intéressés à un support creux, de telle sorte que la masse diminue, car il y a alors moins de matière. Comme un des objectifs est de pouvoir transporter tout type d‘assiette, il faut que le trou soit assez grand pour maintenir les assiettes plates, mais suffisamment petit pour tenir les petites assiettes, nous avons alors pensé à une forme conique. Mais deux problèmes se sont posés, premièrement, la difficulté pour récupérer une petite assiette n’est pas négligeable. Il faudrait une matière rétractable pour pousser l’assiette par dessous et la remonter hors du cône. Deuxièmement, il aurait été difficile d’assurer que l’assiette se pose de manière horizontale, il y aurait de fortes chances qu’elle soit en diagonale et les aliments glisseraient dans l’assiette voir chuteraient. Nous avons donc été contraints de renoncer à la forme conique. L’idée nous est alors venue de séparer chaque bague en deux en superposant une grande bague et une plus petite. Ainsi, une assiette plate repose sur la bague supérieure plus grande, une assiette à dessert sur la bague inférieure et une assiette à soupe, creuse, peut s’appuyer sur les deux bagues. Afin d’éviter le problème initial de stabilité, nous avons décidé d’arrondir les bords intérieurs des bagues pour avoir une plus grande zone de contact entre la bague et l’assiette.

   De plus, il a fallu séparer les bagues afin que les aliments d’une assiette ne se retrouvent pas collés au fond de l’assiette supérieure et aussi pour permettre un meilleur accès aux bagues pour mettre et récupérer facilement les assiettes. Afin de faciliter cette action, nous avons également choisi de pouvoir pivoter les bagues pour ne pas être encombré par l’assiette du dessus. Notre choix s’est porté sur des rails autour des tubes de maintien. Enfin, nous avons arrondi les bords extérieurs des bagues pour une meilleure ergonomie
   
    

4. Solution finale
   
   Chacun de nous 4 s'est donc chargé d'une partie du développement et de la modélisation de nos pièces :
   
   -Anatole : machoires pivots et les tubes de soutien
   -Djibril : base supérieure et inférieur
   Gwendal : bagues porte-assiettes
   Antoine : poignée
   
   Nous avons modélisé en totalité 43 pièces dont voici quelques exemple :
   
   
   Ainsi notre assemblage final donne :
   

   Par soucis de solidité et de stabilité, nous avons décidé de réalisé le support du porte-assiettes en plusieurs tubes qui sont ensuite liés en encastrement par des chevilles. De plus cela a pour effet bénéfique de pourvoir réaliser les tubes en série en vue d'une industrialisation (possible dans une répartition de bagues paire, ce qui n'est pas le cas pour notre maquette car nous étions limités par les dimensions acceptables dans l'imprimente 3D). Aussi, nous avons rajouté un autre support tubulaire derrière la zone d'ouverture des bagues pour assurer la stabilité de l'ensemble quand les bagues sont en position ouverture (comme sur la 1ère image).
   
   De plus, nous avons utilisé l'imprimante Fortus 250mc pour réaliser l'impression. L'intégralité de nos pièces a été imprimée en 3D car les dimensions requises pour notre maquette ne correspondaient pas aux pièces que nous pouvons trouver dans le commerce. En effet, chaque partie du porte-assiette comporte une géométrie particulière.
   Malencontreusement, nous avons rencontré de nombreux soucis avec l'imprimante, nous faisant perdre un temps conséquent sur les tests mécaniques de certaines parties de la maquette.
   
   Il est également important de souligner le fait que notre maquette a été réalisée à l'échelle 1/2 car les dimensions sont trop grandes pour l'imprimante.
    
5. Calculs et vérification
   Notre montage étant voué à être soumis à d'importants défis de stabilité et de résistance, il nous a fallu faire les vérifications nécessaires pour nous asssurer que tout répondait bien aux attentes que nous nous étions fixées au préalable.
   
   Tout d'abord, nous avons du vérifier la bonne tenue en contrainte de nos bagues. En effet, ce sont ces dernières qui sont le plus à même de casser car leur formes ainsi que les compromis que nous avons du faire afin d'assurer une bonne extraction des assiettes de leur support les rend particulièrement vulnérable à la flexion du bras qui les lie avec les machoires. Comme évoqué précedemment, nous avons choisi de réaliser notre maquette en impression 3D, ce qui implique que nous n'avions pas le choix pour le matériau. Néanmoins, dans l'optique d'une industrialisation et d'une commercialisation à grande échelle, le matériau le plus adapté pour notre projet serait de l'aluminium ou un de ces alliages. C'est donc avec le matériau répertorié "Alu_INSA" que nous avons réalisé les calculs.Ainsi, les calculs sur CREO nous ont montré que :
   On remarque donc bien que les efforts les plus importants sont concentrés sur le bras. Néanmoins, comme nous ne pouvions pas réaliser de calculs suplémentaires sur l'assemblage complet, nous avons dû nous limiter à la simulation sur une bague uniquement.
   Afin de réaliser cette simulation, nous nous sommes appuyés sur un modèle de répartition d'une pression constante sur les bords de la bague supérieure et inférieure exercée par une assiette de dimensions standards.
   On remarque donc que la surface projetée de pression représente 2 couronnes.
   
   
   En appliquant un coefficient de sécurité de 2.5 car nous ne connaissons pas parfaitement l'ensembles des efforts appliqués à la bague, on obtient un pression simulée de P=1600 Pa, valeur avec laquelle nous avons donc réalisé la simulation sur CREO.
   
   Dans un deuxième temps il a fallu aussi nous assurer que le centre de masse de notre assemblage était bien aligné avec l'axe horizontale de la poignée, qui est donc à la fois l'axe de saisie lors du transport et qui est donc le plus sensible aux déséquilibres et au ballotements lors du transport mais qui fait aussi partie du plan médian de notre assemblage lorsque celui-ci est au repos (posé sur une table).
   En présence des assiettes, le centre de masse se situe à 2mm de l'axe de la poignée dans la direction d'ouverture des bagues ce qui représente un défaut acceptable à cette échelle et qui pourrait être corrigé en allongeant le pied dans le prolongement des bagues à la base pour établir un meilleur support ou en adaptant les dimensions et la masse des support tubulaires situés derrière les bagues (déplacer l'axe de la poignée représenterait une trop grosse contrainte de fabrication, surtout pour un décalage si peu important).
   
    
6. Conclusion
    

   Avant tout, l’idée mais surtout, la conception et la réalisation de notre premier projet de porte-multiassiettes innovant en génie mécanique ont été le fruit d'une collaboration étroite au sein de notre groupe de quatre étudiants. Tout au long de ce semestre dédié, nous avons pu mettre en œuvre les capacités du logiciel Creo, étudiées durant ces deux années pour concevoir minutieusement le mécanisme du porte-assiette, assurant ainsi une performance optimale et une efficacité maximale. Les séances hebdomadaires consacrées au projet ont été cruciales pour discuter des progrès, résoudre les problèmes potentiels et affiner continuellement notre conception.a prise de contact avec les nombreuses machines du Fablab dont principalement la Fortus avec la technologie d'impression 3D a été un élément essentiel de notre processus de fabrication. A travers les nombreux défis et problèmes rencontrés, qui font aussi partie du processus, nous avons pu acquérir pleins d’expériences en production et avons pu matérialiser notre conception de manière précise. Cette méthode de prototypage a offert la possibilité de tester et d'itérer rapidement sur le produit physique.Notre porte-assiette représente une innovation significative dans le domaine de la manipulation d'objets dans un contexte culinaire. Le bras intégré au dispositif permet de transporter plusieurs assiettes simultanément, offrant ainsi une solution pratique et ergonomique pour le transport d'un ensemble complet de repas. Cela répond à un besoin réel dans des environnements tels que les restaurants, les services de restauration et même dans le secteur domestique.

Au-delà de l'aspect pratique, notre projet illustre l'application réussie des concepts appris dans notre début de formation. La combinaison de compétences en modélisation, calculs avancés et fabrication additive a abouti à un produit concret, démontrant la fusion harmonieuse de la théorie et de la pratique.

En conclusion, ce projet a été bien plus qu'une simple tâche académique. Il a représenté un voyage d'apprentissage collaboratif, de la conceptualisation à la concrétisation. Ce projet de porte-multiassiettes laisse un héritage significatif, soulignant notre capacité à repousser les limites de la créativité technique et à appliquer avec succès nos connaissances dans des projets concrets

De plus, voici la vignette de présentaion de notre projet: