Ce rapport ne contient pas toutes les photos car nous n'avons pas réussi à les intégrer. Une version complète a été déposé sur moodle. 

Introduction : 

Notre projet a pour but de créer un prototype de boule à neige qui s’accroche à un sapin. Lors de discussions en amont, nous avons aussi décidé de s’imposer un autre objectif : pouvoir changer l’aspect intérieur de la boule, la rendre personnalisable. Dans ce rapport, nous allons dans un premier temps rendre compte de la partie innovation effectuée sur le site aiard. Par la suite, nous allons exposer nos choix, la modélisation et pour finir la réalisation du prototype. 

1. Définition des idées (TRIZ)

Afin d’innover, nous a été proposé la méthode TRIZ. Cette méthode a pour particularité de théoriser l’innovation et l’inventivité grâce à des étapes telles que la formulation de contradictions et l’utilisation de l’évolution des inventions.

Dans un premier temps, il a fallu organiser nos idées. Nous avons commencé par définir nos problèmes principaux en faisant une analyse d’une boule à neige classique. Nous avons formulé des problèmes en lien avec notre projet, de ceux-ci ont découlé des solutions partielles qui elles-mêmes relèvent des problèmes. Voici une vue d’ensemble de notre graph :  

Intéressons nous à des points clés : 

Tout d’abord, une boule à neige classique n’est pas suspensible, une des solutions proposée est un système d’accroche positionné sur le socle de la boule. Aussi, un des problèmes à la suspension est celui du poids de la boule lié au liquide qu’elle contient. Nous avons donc pensé à une solution qui permettrait aussi de répondre à la problématique de la présence de liquide lors du changement du design intérieur. 

En effet, la solution d’une double paroi contenant le liquide permet d'alléger la boule mais aussi de rendre le changement de figurine plus pratique. 

A l'issue de cette étape, plusieurs problèmes sont soulevés et subsistent tels que le système d’accroche des figurines, la mise en œuvre de la double paroi et l’assemblage du dôme et du socle. Les étapes suivantes nous permettront de trouver des solutions inventives.

La formulation de contradictions est capitale dans la méthode triz. Nous avons choisi un exemple parlant de contradiction présenté sous forme de tableau. En effet, pour permettre l’accroche de la figurine au socle, une vis est une solution évidente, or, il était pertinent pour nous de trouver une solution pratique et ne nécessitant pas d’outils particuliers. Aussi, nous observons la contradiction suivante : 

Par la suite, nous avons donné un poids à chaque paramètre. Les contradictions ont ensuite été classées dans un graphe suivant leurs poids et leurs récurrences dans le graphe des problèmes. Nous avons donc choisi de traiter les contradictions ayant le plus d’impact. 

Pour finir, grâce à la consultation d'articles scientifiques récents proposés par le logiciel (découlant des paramètres préalablement entrés par nos soins), nous avons établi des idées de solutions innovantes. 

Si nous reprenons l’exemple précédent, l’idée trouvée pour lier le socle et la figurine est la suivante l’utilisation d’aimant. 

C’est de cette manière que nous avons élaboré notre concept.

1. Modélisation et prototypage

1. Modélisation créo

Une fois les idées définies, nous commençons la modélisation creo. 

Pour nous permettre de mieux visualiser nos premières idées, nous avons réalisé un modèle sur créo. Celle-ci n'est donc pas dimensionnée. Elle nous a cependant aidé à trouver les solutions techniques manquantes. 

Pour assurer la liaison entre le socle intérieur et le socle extérieur, nous avons réalisé deux entailles sur le socle intérieur et 4 surépaisseur sur le socle extérieur. On insèrera alors le socle intérieur en le tenant par le crochet, puis une fois arrivé en buté, on le tourne d’un angle compris dans l’intervalle ]0;𝝿[. Concernant la liaison entre les dômes et les socles, nous avons fait le choix de ne pas lier directement les dômes et le socle intérieur. Quant au socle extérieur, une fente a été réalisée afin d’y insérer les dômes qui y seront collés. Les dômes sont dimensionnés de sorte à ce qu’une figurine LEGO puisse rentrer dans la boule. 

Après avoir prototypé cette première version du socle, nous avons pu nous rendre compte des problèmes de conception et de dimensionnement. Une nouvelle version améliorée a alors été créée avec les modifications suivante : 

• Un socle plus haut permettant de mettre un crochet ayant une surface sollicitée plus importante et donc plus résistant (voir calcul dimensionnement) 
• Les cales intérieurs ont été affinées pour un aspect esthétique 

  Pour finaliser la conception de la boule, nous avons décidé de modéliser des figurines que nous imprimerons par la suite. 

  Nous avons ensuite réalisé les modèles des moules qui permettront de thermoformer les dômes. Pour cela, nous avons simplement repris les modèles créo des dômes, enlevé la coque et augmenté la hauteur de 5 cm afin d'éviter les plis au moment du thermoformage.

   

  Le crochet est en réalité un trou dans lequel un fil peut être inséré afin de suspendre la boule. Pour son dimensionnement, nous avons calculé la surface sollicitée nécessaire pour résister au cisaillement et à la traction. 

   

  Le cisaillement nous donne la surface minimale. On choisit b=8 mm et on en déduit l=12.11 mm. Finalement le crochet aura comme paramètre b=8 mm et l=24 mm.

• Prototypage

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• Elaboration des dômes intérieurs et extérieurs

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  Pour débuter le prototypage, nous avions l’intention de créer des empreintes en bois avec la stratoconception pour thermoformer nos dômes. Pour des raisons techniques, la machine n’a pas effectué les les découpes. 

  Nous avons alors opté pour des empreintes imprimées en ABS avec l’imprimante 3D Bamboo lab X1 Carbon. Une première version avec  15% de remplissage de matière et une surélévation de 30 mm. Nous avons alors réalisé des essais de thermoformage. 

  Ces essais ont été utiles pour le choix du matériau, nous avons testé du PET xmm et du PVC xmm. Notre choix s'est porté sur du PET xmm car moins cassant et une bonne transparence. Ces essais nous ont aussi permis de mettre en place un protocole.

  Les premières empreintes étaient facettées même après avoir passé de l’acétone sur la surface à cause d’une erreur d’importation. En premier lieu nous avions scotché l’empreinte à une plaque en bois mais lors du démoulage, le montage s’est défait. Nous avons alors vissé l’empreinte, mais ayant été imprimé avec 15% de remplissage, l’empreinte s’est cassée lors d’un démoulage : 

   

  Par la suite, une deuxième version a été imprimée avec une surélévation de 50mm et un trou de 2mm au milieu des dômes pour faciliter le démoulage. Le rendu avec le dôme facetté nous a plu, nous avons décidé de garder l’aspect facetté sur l'extérieur et de lisser uniquement le dôme intérieur pour nos prochaine empreintes. Le taux de remplissage a été augmenté à 50%. Cette fois-ci, 4 dômes intérieurs et extérieurs ont été réalisés avec succès. 

   

  3. Impression des socles et des figurines

   

  Dans un même temps, ont été imprimés les socles intérieurs et extérieurs et les figurines.

   

  Une première version du socle a été imprimée en PLA sans accroche puis une deuxième en ABS avec accroche. 

  
  

  Ces impressions ont été effectuées avec  la Bamboo lab X1 Carbon avec les paramétrages suivants : 0,2 mm de hauteur de couche et un remplissage de 15% de matière. 

  
  

  4. Assemblage 

   

  Tout d’abord, nous avons calculé le volume entre les dômes afin d’évaluer la quantité de liquide nécessaire à savoir environ 27mL.

   

  Afin de fixer les dômes au socle, nous avons décidé d’utiliser de la colle contact en gel adaptée aux polymères. Nous avons fait des tests de mélanges pour s’assurer des proportions. Enfin, nous avons rempli notre dôme extérieur d’environ 25 mL d’eau, 2 gouttes de glycérine et une pincée de paillettes fluorescentes. Nous fixons préalablement le dôme intérieur au socle, puis nous retournons le socle pour le coller au dôme extérieur. 

   

  Par manque de temps, notre idée originelle d'aimanter les figurines au socle n’a malheureusement pas abouti. Sur le prototype actuel, les figurines  s'emboîtent et se déboitent du socle.

  
  

  III-Pistes d’améliorations 

   

  Dans un premier temps, il est important de préciser que nous avons réalisé un prototype fonctionnel. 

   

  L’assemblage entre les dômes et le socle pourrait être optimiser. En effet, avec l’utilisation de colle il est possible mais difficile d’obtenir une boule étanche tout en ayant un résultat propre. Il faudrait donc faire des tests avec différents isolants ( joint mousse, de carrelage, soudures…) afin de déterminer la solution la plus adaptée. 

   

  Aussi, nous sommes conscientes que l’aspect esthétique est  capital dans notre projet.  Nous avons donc pensé à créer des ornements sur thème hivernal autour du socle.  

   

  Conclusion 

   

  Notre projet de boule à neige suspendable et personnalisable a abouti à la création d’un prototype fonctionnel. Grâce à la méthode TRIZ, nous avons pu identifier et résoudre plusieurs problèmes liés à la conception et à l’innovation. La solution de la double paroi a permis de réduire le poids de la boule a rendu possible le changement de figurine.

   

  La modélisation avec Creo nous a aidé à visualiser nos idées et à ajuster les dimensions pour une meilleure fonctionnalité. Les essais de thermoformage et l’impression 3D ont été essentiels pour la réalisation des dômes et des socles, même si nous avons dû surmonter des défis techniques.

   

  L’assemblage final a montré la viabilité de notre concept, bien que des améliorations soient nécessaires pour assurer une étanchéité parfaite et un meilleur aspect esthétique. Il serait interessant d’explorer d’autres matériaux et techniques de fixation pour optimiser notre produit.

   

  Ce projet a été une expérience enrichissante qui a permis de combiner innovation, modélisation et prototypage. Il a été particulièrement satisfaisant de voir nos idées se concrétiser et prendre forme à chaque étape du processus. Les prochaines étapes incluront l’optimisation de l’assemblage, l’amélioration esthétique, et l'intégration de systèmes d'accroche plus sophistiqués pour les figurines. Nous sommes confiantes que ces améliorations permettront de transformer notre prototype en un produit final de haute qualité.