Goodies ESIReims

Goodies ESIReims 

Projet PL S6 : Du Concept au prototype

Vianney BOUSQUEYNAUD, Oscar DAVILLERD, Tanina MAMMERI

 

Dans le cadre de notre projet S6, nous avons été amené à concevoir un goodies pour l’école d’ingénieur ESIReims, spécialisée dans le Packaging, le génie énergétique et le génie urbain et environnemental. L’objectif est de réaliser un goodies injectable sur une presse BOY 22A, dont dispose l’établissement. Certaines pistes ont été évoquées : 

• Goodies fonctionnels : cuillère/fourchette
• Instrument de mesure : règle/rapporteur
• Casse tête…

Il nous revient donc de formuler différentes propositions à l’ESI Reims, qui choisira celle qui leur conviendra le mieux. Nous réaliserons ensuite le prototype.

 

Sommaire

I - Définition du projet

a) État de l’art

b) Recherche de propositions et choix du concept

c) Graphe des problèmes

II - Recherche des solutions

a) Résolution des contradictions

b) Solutions retenues

III - Dimensionnement et prototypage

a) Croquis et modélisation

b) Choix matière

IV - Goodies final

a) Rendu

b) Organisation du projet et diagramme de Gantt

c) Continuité du projet

V - Conclusion

 

 

I - Définition du projet

En prenant en compte les différentes pistes évoquées par l’ESIREIMS, nous avons commencé par définir une thématique centrale : l'instrument de mesure. L’idée est de partir de cette fonction, puis de le doter d’un côté original (fonction secondaire, forme et géométrie etc).

a) État de l’art

Dans un premier temps, nous avons cherché parmis des concepts existants, en regardant notamment des exemples d'instruments de mesures de taille réduite associant différentes fonctions.

 

b) Recherche de propositions et choix du concept

Le goodies étant à destination de l’ESI Reims, nous avons exploré de nombreuses idées pour sa conception, afin de proposer une option à la fois originale et pertinente. Pour rendre la présentation plus agréable et laisser le choix final à l’ESI Reims, nous avons réalisé plusieurs croquis détaillés, illustrant les différents concepts.

Parmis ces idées, on retrouve notamment:

• Des méthodes d’assemblages: la machine disposant d’une force de fermeture limitée, un assemblage de deux pièces identiques permet d’augmenter la taille finale. Des liaisons pivots, un clipsage ou un encliquetage ont été évoqués. Des assemblages en ligne (180°) et en angle (90°, 45°) seraient ainsi possibles.

• Décapsuleur
• Support de téléphone
• Trombone/Marque-page
• Porte clé

Cette approche nous a permis de mettre en avant plusieurs concepts, chacun avec ses particularités et ses atouts, afin que les contacts de l’ESI Reims puissent sélectionner celui qui était le plus en adéquation avec leurs attentes. Lors de cette phase nous avons utilisé TRIZ pour nous aider à trouver des idées innovantes. Pour chaque nouvelles fonctions jugées pertinentes, nous avions à résoudre les contradictions rencontrées. Cependant, les contradictions n’avaient pas toutes du sens car les fonctions s'entrecroisaient. Nous avons donc utilisé le graphe dans un premier temps comme une carte mentale.

Une fois ces différentes idées explorées, nous avons alors pris contact avec les clients, qui ont particulièrement apprécié les concepts d’assemblages, ainsi que le concept du décapsuleur. 

Nous mettons alors au point une première version du cahier des charges.

Le goodies doit : 

• Etre injectable sur BOY22A: https://www.boymachines.com/fileadmin/redaktion/migrated/Prospekte/Product_US_22A_PRO.pdf
• Etre injecté avec une matière bio-sourcée
• Contenir les logos de l’ESIReims et de l’université
•  Contenir une surface  compatible avec les procédés de découpe laser (Trotec Speedy 400) et d’impression (Table d'impression à plat Ricoh PRO TF6251), dont dispose l’établissement partenaire.

De plus, le goodies, de par sa forme, doit directement faire penser à la Champagne et à l’école.

 

c) Graphes des problèmes

Pour trouver les points les plus importants dans notre conception et faire émerger de nouvelles idées, nous avons utilisé la méthode TRIZ. Nous avons ainsi réalisé un graphe des problèmes. Ce dernier nous a permis de déterminer les paramètres les plus importants et les points problématiques.

La construction de ce graphe nous a permis d’évaluer certains problèmes tel que la faible taille de la surface projetée, le manque d’originalité, l’image environnementale du goodies. Pour résoudre ces problèmes nous avons associé des paramètres d’action et d’évaluation.

 

II - Recherche de solutions

 

a) Résolution des contradictions

Nous avons ensuite pu formuler des contradictions à partir du graphe et leur associer un poids, ce dernier permet de donner plus ou moins d’importance à chacune des contradictions vis-à-vis de notre projet. 

Les contradictions sont donc classées dans le graphique ci-dessus en fonction de leur poids. On peut voir en haut à droite les 3 contradictions ayant le poids le plus élevé. Ces dernières sont détaillées ci-dessous : 

 

b) Solutions retenues

Pour trouver des solutions à ces contradictions nous avons utilisé la matrice de Triz qui nous a permis de sélectionner des paramètres génériques et ainsi de trouver un principe inventif, on a alors pu générer des idées de solutions sous forme d’articles d’ingénierie en rapport avec ce dernier. Chaque solution pouvait alors résoudre 1 ou plusieurs problèmes ainsi que une ou plusieurs contradictions.

(Différents articles trouvés : https://phys.org/news/2025-04-plastics-biodegradable-cellulose-based-packaging.html/ ; Serendipitous discovery reveals how stress and chemistry etch,...)

Finalement, nous avons classé les différentes solutions de la façon suivante : 

La partie innovation complète liée à la méthode TRIZ est à retrouver sur le site https://ideas.inventivedesign.unistra.fr.   

 

III - Prototypage

a) Croquis et modélisation

L’utilisation de la méthode TRIZ a donc permis de mettre en lumière le principe d’universalité. Notre goodies doit donc être unique, avec une forme permettant l’assemblage de plusieurs pièces (pour augmenter la surface de tracé) ainsi que le décapsulage. 

Nous avons commencé par estimer la surface totale projetée maximale du goodies par rapport à la machine utilisée. La BOY 22 a une force de fermeture de 220 kN, et une pression d’injection de 1732 bars. Avec de légères pertes de charge (environ 15-20%) liées à l’alimentation, on peut approximer la pression dans l’empreinte (on se place dans le cas le plus défavorable), puis obtenir une surface projetée maximale d’environ (16 cm²).

Une fois  la surface projetée maximale fixée, nous pouvons définir nos géométries.

Nous avons tout d’abord besoin que la pièce ait une surface plane sur son côté, pour assurer la fonction tracer/mesurer, avec un chanfrein pour recevoir des graduations.

Concernant la forme du décapsuleur, nous optons pour une forme sphéroïdale avec un crochet pour accrocher le rebord de la capsule, et un arrondi à l’opposé pour permettre un appui sur le dessus de la capsule.

Pour respecter le principe d’universalité, l’assemblage s’effectuera via la forme du décapsuleur. Cette dernière sera donc placée en extrémité de pièce. Une forme complémentaire sera positionnée sur la surface opposée, pour permettre l'emboîtement de plusieurs pièces consécutivement. 

Enfin, on souhaite donner à notre goodies une forme rappelant Reims ou la Champagne, pour que l’aspect visuel global soit propre à l’ESI Reims. Pour cela, deux pistes ont été évoquées: une bouteille et une flûte de champagne, mais il ressort que la forme de la coupe de Champagne est plus adaptée à notre système d’assemblage.

Le premier prototype confirme le choix des géométries. Il convient désormais de définir les dimensions de manière plus précise. On modifie alors les côtes du décapsuleur pour qu’elles soient adaptées à une capsule de bouteille classique. 

 

Les dimensions du décapsuleur étant fixées, on peut alors rechercher le jeu idéal pour notre assembler, et donc dimensionner l’autre extrémité de la règle. Ce jeu doit être suffisamment faible pour permettre un bon maintien en position, et suffisamment élevé pour permettre un désassemblage manuel facile. Nous avons donc réalisé une série de pièces avec des jeux différents: 0,25; 0,20; 0,15; 0,10; 0,75 et 0,05mm. Le jeu final retenu est de 0,05mm

Notre goodies doit tout de suite faire penser à une flûte de champagne. Pour cela, nous évidons légèrement la surface supérieure pour faire ressortir pleinement cette forme.  

Enfin, nous ajoutons les logos de l’ESI Reims et de l’université de Champagne-Ardennes, ainsi que des graduations. 

 

Nous voulons aussi que notre goodies puisse être attaché à un porte-clé. Nous dégageons donc un espace pour accueillir un trou, de sorte à pouvoir passer un anneau. 

 

 

Même si nous n’étions pas chargés de la réalisation du moule associé à notre goodies, il nous semblait important de prendre en compte les règles associées au process d’injection. Pour la conception de pièces en injection plastique, plusieurs règles essentielles doivent être respectées pour garantir la qualité, la solidité et la faisabilité du moulage.

Tout d’abord, il est crucial de maintenir une épaisseur constante des parois afin d’éviter les tensions internes et les déformations lors du refroidissement. Les variations excessives peuvent entraîner des défauts comme des retassures ou des zones fragiles. C’est pourquoi lors de la conception de notre goodies nous avons essayé de réduire un maximum les différences d’épaisseur entre toutes les parties de notre goodies.

Ensuite, l’ajout d’arrondis aux angles et aux transitions permet d’améliorer la résistance mécanique de la pièce tout en facilitant l’écoulement du plastique fondu dans le moule. Les angles vifs doivent donc être évités au maximum. Il est également recommandé d’intégrer des dépouilles en plus des arrondis pour faciliter le démoulage et éviter que la pièce ne reste coincée dans le moule.

Enfin, une bonne conception prend aussi en compte la position du point d’injection pour assurer un remplissage homogène. Dans notre cas, le point d’injection se situerait sur le bord opposé à la règle et sur la partie opposée décapsuleur. De ce fait, le point d’injection ne serait pas visible sur une des faces de la règle et ne gênerait pas la prise en main du décapsuleur. Et ainsi, la matière s’écoulerait bien de la partie la plus épaisse à la plus fine et donc cela ne poserait pas de problème lors du remplissage quand la matière commence à refroidir.

 

 

b) Choix matière

En parallèle du prototypage, nous avons mené une réflexion approfondie sur le choix de la matière à utiliser pour répondre au mieux aux attentes du projet. Nous devions à la fois utiliser une matière éco-responsable, conformément aux souhaits de l’ESI Reims, et une matière suffisamment résistante pour que le décapsulage soit efficace et répétable. A partir d’une présélection fournie par les PL4 et des données matières, nous avons sélectionné deux matériaux en fonction des caractéristiques que nous recherchons pour notre produit : le SULAPAC SOLID 2.0 et le SULAPAC LUXE FLEX. Ces matières sont toutes deux biosourcées, présentent une résistance accrue et sont colorables. Nous avons ensuite échangé avec POLYMIX, fournisseur de ces matières, et sommes venus à la conclusion que le SOLID 2.0 était le plus adapté pour la réalisation de notre goodies. En effet, il est plus rigide que LUXE FLEX et son retrait de 0,15% est idéal pour un bon assemblage.  

Fiches matières:

• SULAPAC SOLID 2.0: https://sulapac.com/app/uploads/2025/03/TDS-Sulapac-Solid-2.0-ID-14843-1.pdf
• SULAPAC LUXE FLEX: https://www.sulapac.com/app/uploads/2025/05/TDS-Sulapac-Luxe-Luxe-Flex-ID-16216.pdf

 

 

 

IV - Goodies final

a) Rendu

Prototype final

Modèle CAO du prototype

Descriptif des différentes fonctions

 

b) Organisation du projet et diagramme de Gantt

Ce projet s’est découpé en trois grandes phases. Tout d’abord, une phase de préparation a été nécessaire, de manière à se familiariser avec les différentes machines du Fablab et choisir notre sujet. Dans un second temps, nous avons travaillé sur différents concepts et idées, que nous avons proposé à l'ESI Reims. Une fois le choix arrêté, nous avons pu passer à la phase de prototypage, comprenant le dimensionnement, la modélisation et les différents tests effectués.

 

c) Continuité du projet pour la création du moule

• Ajout de dépouilles: pour améliorer la qualité et la facilité de démoulage à la fin du cycle d'injection. 
• Ajout d'arrondis: au niveau des graduations pour enlever les arêtes vives qui sont plus difficiles à démouler. Nous avons déjà pensé à ce changement mais les différences entre l’impression 3D et l’injection empêchent une bonne réalisation. En effet, en impression 3D, si nous mettons des arrondis, la qualité est altérée, alors qu’en injection c’est une nécessité pour une finition précise et une meilleure visibilité des graduations.
• Étude du jeu en fonction de la matière et du procédé d’injection: En effet, on doit redéfinir le jeu de l’assemblage en tenant compte des spécificités de la matière utilisée et des contraintes du processus d’injection. Chaque matériau possède des caractéristiques uniques (retrait, flexibilité, résistance) qui influencent l’ajustement des pièces. Comme nos prototypes sont imprimés en 3D et en PLA, on ne peut pas être totalement sûr du jeu. Il faudrait donc effectuer des tests supplémentaires avec le SULAPAC SOLID 2.0 et la presse BOY 22. Ainsi nous pourrons obtenir une meilleure stabilité dimensionnelle et une qualité optimale de nos goodies.  

 

V. Conclusion

Pour conclure, ce projet a été une expérience enrichissante qui nous a permis d’allier modélisation, prototypage et innovation. Le processus nous a permis de voir nos idées évoluer et se concrétiser à chaque étape, rendant la réalisation de notre projet stimulante et intéressante. Notre prototype reste cependant la première étape d’un projet plus grand. Les prochaines étapes consistent en la réalisation du moule, puis des tests avec la bonne matière et avec le processus d’injection avant la production. Notre travail avec TRIZ, nous a aidé à trouver un concept innovant avec des fonctions déjà existantes. Cette méthode nous a permis d’identifier les paramètres importants pour la réalisation de notre goodies et ainsi nous avons pu gagner du temps pour les autres étapes du projet. Enfin, ce projet réalisé sur un semestre nous a permis de surmonter des défis et de renforcer nos compétences. L’expérience acquise constitue une base solide pour de futurs projets et enrichit notre approche méthodique et collaborative.