Sommaire :

I. Introduction

II. Analyse du marché

III. Analyse fonctionnelle

IV. Développement du projet

1. Esquisse

2. Modélisation

3. Analyse des efforts

4. Impression

5. Branchement de l'afficheur

V. Résultat final

VI. Conclusion

VII. Affiche

l. Introduction :

Le temps a pris une place centrale dans notre monde depuis l'ère industrielle et pouvoir consulter l'heure à tout moment est devenu indispensable. Ainsi les montres à gousset puis les montres à main se sont développées, passant de mécanique à électronique, d'analogique à numérique, toujours dans le but de donner l'heure le plus précisément possible. Néanmoins, elles sont peu à peu tombées en désuétude au profit des téléphones portables, inondant progressivement le monde avec leurs multiples fonctionnalités.

ll. Analyse du marché :

Suite à plusieurs recherches, nous avons remarqué être les seuls à avoir eu l'idée de combiner une montre à un système permettant la désinfection de nos mains. Certains produits comme des bracelets désinfectants ressemblent malgré tout à notre idée de montre désinfectante. Nous avons donc eu la possibilité de nous inspirer de ces bracelets et de leurs composants pour imaginer notre montre désinfectante. Par ailleurs, et tout comme les bracelets désinfectants, la pérennité de ces objets est garantie. En effet, ces produits prennent tout leur sens durant la crise sanitaire actuelle, mais ils trouveront aussi acheteurs par la suite, la pandémie pouvant faire apparaître une population d'hypochondriaques.

lll. Analyse fonctionnelle :

Après avoir trouvé l’idée, il nous a fallu la traduire en besoin et en fonctions. Pour cela nous avons réalisé une analyse fonctionnelle de la montre désinfectante, nous permettant de définir entièrement le système dans lequel elle évolue et son rôle dans celui-ci. Cela nous a donc amené à élaborer différents diagrammes et tableaux, dont le suivant, le diagramme bêtes à cornes :

DIAGRAMME BETE A CORNE   

Grâce à ce diagramme, nous avons défini le besoin fondamental auquel le produit doit répondre. Néanmoins, pour avoir une idée précise du milieu dans lequel se positionne la montre et connaître les contraintes qu’elle va subir, il est nécessaire de réaliser un diagramme pieuvre, montrant les interactions de l’objet étudié avec son milieu.

DIAGRAMME PIEUVRE

Les fonctions principales sont:

FP 1: Donner l'heure à l'utilsateur.

FP 2 : Distribuer de la solution hydroalcoolique.

Les fonctions contraintes sont :

FC 1: Résister aux variations du milieu atmosphérique

FC 2 : S’adapter à son milieu environnant

Ainsi, à partir de ces diagrammes, nous avons pu définir les différentes attentes que nous avions pour la montre. Celles-ci sont directement liées aux fonctions et aux contraintes définies précédemment. Pour rassembler ces informations, nous avons donc réalisé le cahier des charges suivants :

lV. Développement du projet :

1. Esquisse :

Tout d’abord, nous avons dû choisir la forme de notre montre, la manière dont le gel y sera stocké et la façon dont le gel sera délivré.

Concernant la forme de notre montre, nous avons en premier lieu décidé de lui donner une forme cubique.En effet, celle-ci permet d’y stocker une plus grande quantité de gel qu’une forme cylindrique de même hauteur et de même largeur. De plus, on dispose alors d’une surface plane sur la partie supérieure de notre montre qui pourra accueillir un module d’affichage rectangulaire.

Ensuite, nous avons décidé de réaliser uniquement le boîtier de la montre et non le bracelet. Nous avons donc acheté un bracelet de montre standard qui s’accroche au boîtier à l’aide d’une tige métallique. Notre montre disposera alors de deux accroches de chaque côté du boîtier destinées au bracelet.

Pour définir la quantité de gel de notre réservoir nous avons considéré qu’il était nécessaire à une personne d’appliquer au moins 3 à 4 fois du gel hydroalcoolique dans la même journée. Sachant qu’en moyenne 3 millilitres de gel est délivré par utilisation, nous avons conclu qu’un réservoir d’au moins 12 milllitres serait nécessaire, mais nous avons décidé de réaliser un réservoir de 15 mL pour avoir une marge. 

D’autre part, nous avons choisi de réaliser un réservoir de forme ellipsoïdale. Cette forme possède plusieurs avantages concernant la délivrance du gel. En effet, cette forme coïncide parfaitement avec celle de nos doigts ce qui facilite la livraison du gel et nous permet alors de vider le réservoir dans son intégralité.

Une fois la forme du boîtier et du réservoir imaginés, il ne nous reste plus qu’à décider comment le gel sera injecté dans notre montre et comment le gel sera délivré. Nous avons choisi d’utiliser un trou ainsi qu’un bouchon pour refermer celui-ci. De cette manière, cet unique trou servira d’entrée pour le gel ainsi que de sortie.

2. Modélisation :

Après avoir étudier les différents systèmes que nous avions esquisser, nous avons decidé d’utiliser le logiciel CREO Parametric afin de modéliser les deux idées plus pertinentes. Nous avions le choix entre la conception d'un boîtier en plusieurs pièces, nécessitant par la suite un assemblage, ou la modélisation d'un boîtier en une seule pièce, comprenant à la fois le sytème de montre et la réserve de gel. Les ayant chacun modélisés, nous allons maintenant vous les décrire plus en détails.

• Boîtier assemblé : 

D’abord, notre première idée fut de modéliser séparément l’afficheur et le réservoir. Cette idée était intéressante car elle permettait de dissocier les deux composants de notre montre. Cela représentait un avantage certain lors du choix des matériaux, puisque nous aurions pu choisir un matériau plus rigide pour l’afficheur et plus souple pour le réservoir. De plus, selon la méthode choisi pour relier l'afficheur et le réservoir, le remplissage et la distribution de gel aurait été simplifiés. Quoi qu'il en soit et bien que l'idée n'est pas été énormément développée, notre modélisation nous a permis d'obtenir cela : 

Afficheur :                                                                                                                                       Réservoir :

        Boîtier assemblé : 

Néanmoins, comme précisé précedemment, cette idée a été rapidement remisée. La raison de cet abandon était notamment la liaison entre les deux pièces. En effet, celle-ci aurait posé certains problèmes, qui par ailleurs auraient été complexifiés par le choix de deux matières différentes. Ainsi, nous nous sommes tournés vers notre deuxième idée.       

• Boîtier monobloc : 

Notre deuxième idée était donc de modéliser une seule pièce qui réunit les deux fonctions de notre objet : afficher l’heure et contenir de la solution hydroalcoolique. Cette modélisation avait notamment l’avantage de simplifier le choix des matériaux et d’éviter quelques problèmes de positionnement de l’afficheur dans la montre. Par ailleurs, il était certain que cette solution était plus esthétique et plus pratique à développer que la précédente.

Pourtant, certaines incertitudes planées sur cette modélisation. L’une d’entre-elles était la souplesse de la montre et les contraintes que cela allait appliquer sur l’afficheur. Malgré tout, nous avons tout de même pris la décision d’imprimer la montre en une seule pièce. Mais, avant cela, il était primordial d’analyser les efforts appliqués sur notre montre.

3. Analyse des efforts :

Pour cela, nous avons utilisé les capacités du logiciel CREO Parametric, permettant de modéliser les contraintes subies par la pièce, en tous points. Il nous a premièrement fallu définir les efforts appliqués à la montre, sous la forme d’une pression. Or, puisque le gel est censé être délivré lors d’une pression sur une des surfaces supérieures de la réserve, nous avons estimé la force que pouvait exercer un doigt sur cette surface. Ainsi, après quelques mesures et calculs simples, nous avons trouvé que la force appliquée à la montre serait d’environ 400 000 pascals. Par ailleurs, il nous a été demandé de limiter les degrés de liberté de la pièce, c’est pourquoi nous avons considéré que l’adhérence de la surface inférieure sur une surface d’appui s'apparenterait à une liaison encastrement. Il ne nous restait donc plus qu’à définir le matériau utilisé. L’avantage que nous aurions pu avoir est que la bibliothèque de matériaux était largement fournie. Cependant, pour certains matériaux, les propriétés n’étaient pas précisées, ce qui nous a contraint à réaliser quelques recherches sur lesquelles nous nous arrêterons ultérieurement. Après ces phases de définition, nous avons pu lancer la simulation, nous donnant les résultats suivants :

Selon les informations que nous avons sur le matériau, les contraintes que subit la montre sont suffisamment faibles. Ainsi, nous validons cette modélisation et nous nous lançons donc dans l’impression de nos pièces. 

4. Impression :

Afin de pouvoir imprimer notre produit, nous avons dû choisir le matériau qui correspondait le mieux aux critères que nous voulions, en corrélation avec les capacités des imprimantes en trois dimensions du Fablab, sur lesquelles nous lancerons l’impression. 

L’idée était donc de trouver un matériau plutôt résistant, pour pouvoir maintenir l’afficheur et limiter la fissuration lors de l’emploi, mais aussi flexible pour permettre de délivrer le gel en compressant la montre. Pour cela, nous avons tout d’abord regardé les différentes imprimantes disponibles au Fablab et capables d’imprimer des pièces en élastomères. La liste étant assez réduite, nous avons pu nous concentrer sur quelques matériaux.

Ainsi, nous avons comparé la valeur de dureté et de résistance de plusieurs matériaux pour pouvoir choisir celui qui convenait le mieux à notre projet. Parmi ceux-ci, nous avons choisi le Tango Black FLX973, matériau que nous pouvions utiliser sur l’Objet30 Prime, présente au FabLab.

• Choix de la matière : Tango Black FLX 973

• Choix de l’imprimante : Objet30 Prime

5. Branchement de l'afficheur :

Pour afficher l'heure, nous avons choisi un afficheur à diodes électroluminescentes organiques. Cela permettait d'avoir un écran de petite taille, tout en ayant un affichage de bonne qualité. Néanmoins, il fallait l'alimenter et le commander. Dans ce but, nous avons relié l'écran à une Arduino, elle-même branchée à l'ordinateur. Ainsi, bien que l'ensemble soit volumineux, nous pouvions totalement gérer l'afficheur. Mais fallait-il encore coder les commandes nécessaires pour afficher l'heure. Cela fut réalisé grâce à l'environnement de développement intégré d'Arduino et avec l'aide de différentes librairies propres à l'écran. Nos connaissances en informatique étant plutôt limitées, nous nous sommes contentés d'afficher le jour, la date et l'heure précisément. Il aurait été cependant possible de créer des fonctions beaucoup plus complexes, proches de celles que l'on trouve sur une montre connectée, les capacités des cartes Arduino étant importantes. Avec le code réalisé, nous obtenons le résultat suivant :

V. Résultat final :

Le prototype obtenu après impression ne nous a pas donné entière satisfaction. En effet, même si la forme générale est bien respectée, son aspect n'est pas des plus précis. De plus, le réservoir étant creux, l'imprimante a dû ajouter de la matière à l'intérieur pour supporter la partie supérieure. Cela a eu pour effet de rendre notre réservoir inutilisable et donc notre montre non-fonctionnelle. Et finalement, il s'est avéré que celle-ci était beaucoup plus fragile que ce que les calculs nous laissaient entendre. Néanmoins, ce prototype, dont quelques photographies sont disponibles ci-après, traduit bien l'idée que nous avions, bien que celle-ci n'ait pas pu être finalisée.

Pour régler les divers problèmes rencontrés, nous avons pensé à plusieurs solutions. Parmi celles-ci, on retrouve l'idée d'une montre en deux parties, mais cette fois selon un plan différent, permettant de résoudre le problème du remplissage du réservoir lors de l'impression. C'est effectivement une des seules manières de résoudre ce problème-ci, bien qu'il en crée de nouveaux. Certains d'entre eux sont la liaison entre les deux parties, pouvant être réalisée par soudage thermique ou chimique, ou plus simplement, l'étanchéité. De la même manière, pour résoudre le problème de fragilité rencontré, pourraient se présenter à nous plusieurs possibilités. Il serait notamment possible d'épaissir les parois ou de renforcer les points fragiles par des tiges d'un matériau plus résistant. Mais cela a aussi des inconvénients. La première solution citée pourrait limiter la souplesse et la deuxième est particulièrement difficile à mettre en place sur un si petit objet. Une méthode plus radicale consisterait à changer totalement de matériau, bien que cela nécessite de faire à nouveau face au dilemme entre souplesse et résistance, tout en prenant en compte les outils utilisés pour l'impression. Ainsi, une multitude de petites améliorations pourraient nous permettre d'obtenir une montre distributrice de gel fonctionnelle.

VI. Conclusion :

Au vu de notre prototype final, nous sommes moyennement satisfaits de l'aboutissement de ce projet. En effet, nous avons rencontré différents problèmes qui sont apparus trop tardivement pour être réglés. Cela nous a donc empêché de réaliser un prototype fonctionnel de la montre désinfectante.

Tout d’abord, nous nous sommes assez vite rendu compte que la montre était particulièrement fragile. Effectivement, bien que cette caractéristique provienne d’une erreur de calculs, le prototype ne supporte pas l’application d’efforts trop importants. Ainsi, il nous a été impossible d’insérer l’afficheur sans déchirer une partie de son emplacement.

Cela n’a d’ailleurs pas été amélioré par la présence d’une matière servant de support dans l’ensemble des cavités. Bien que cela semble logique, nous n’avions pas envisagé la présence de matière à l’intérieur du réservoir. Le manque d’expérience en impression à trois dimensions nous a donc définitivement empêché de réaliser un prototype fonctionnel.

Enfin, l’attente due à l’indisponibilité des matériaux ne nous a permis de faire qu’une seule impression, assez tardivement. Cela ne nous a donc pas laissé le temps de solutionner les problèmes qui auraient pu l’être.

Ainsi, ces divers soucis logistiques et techniques ne peuvent seulement nous faire dire que les circonstances actuelles ne nous ont pas permis de réaliser ce projet dans les meilleures conditions.

Néanmoins, il est important de noter que les enseignements tirés de ce projet sont multiples. Parallèlement au fait de nous permettre de découvrir partiellement le Fablab, il nous a plus généralement fait découvrir l’impression en trois dimensions. Aussi, il nous donné l’occasion d’exploiter différentes techniques de modélisation et d’approfondir nos connaissances des fonctionnalités du logiciel CREO Parametric. Enfin, ce projet nous a permis de concevoir un objet de toute pièce, en réalisant l’ensemble de l’étude, de l’idée au prototype.

VII. Affiche :