Table des matières :

Introduction

Analyse fonctionnelle et Etude de marché

Croquis - Schémas cinématique - Modélisation - Calculs

Création maquette

Objet Final

Conclusion

Introduction

Commencer des études, c’est pour beaucoup le début de la vie en autonomie. Faire les courses, faire à manger, s’occuper du linge et du ménage… Autant de tâches qui prennent beaucoup de temps au quotidien et qui réduisent notre temps libre ainsi que notre temps de travail. Nous sommes partis de ce constat et nous nous sommes demandés comment nous pouvions rendre ces tâches ménagères moins fastidieuses dans le but de nous libérer du temps pour d’autres activités.

Plier le linge c’est tout un art. Depuis plus d'une année, nos armoires sont sans dessus dessous avec des boules de vêtements dans chaque étagère. Fini les belles piles de vêtements bien ordonnés ! 

Après plus d'un an dans ce capharnaüm, nous nous sommes dit qu’il était temps de changer les choses.

Plutôt que d’apprendre comment plier correctement le linge, nous nos sommes rendu à l’évidence : il nous fallait un outil simple qui nous permettrait de plier proprement et rapidement notre linge. Dans cette première version de système de pliage semi-automatisé, nous nous sommes concentrés sur le pliage des tee-shirts. L’objectif est de concevoir un système permettant de plier notre tee-shirt en un seul mouvement simple et rapide.  

Analyse fonctionnelle et Etude de marché

Bête à Corne

Diagramme pieuvre

FP1 : Plier le vêtement par l’action de l’utilisateur
FC1 : Supporter l’effort exercé par le vêtement
FC2 : Être stable sur le support d’appui
FC3 : Réaliser un nombre d’actions (mouvements) limité
FC4 : Résister à un environnement intérieur

Notes concernant la flexibilité :

• • Flexibilité nulle (F0) : niveau impératif
  • Flexibilité faible (F1) : niveau peu négociable
  • Flexibilité moyenne (F2) : niveau négociable
  • Flexibilité forte (F3) : niveau très négociable

Etude de marché

Plier son linge est une corvée universelle et certains ingénieurs ont déjà réfléchi pour rendre ce travail moins pénible. On retrouve notamment un premier système manuel dont nous nous sommes grandement inspirés.

Planche à plier

Ce plieur est un outil simple qui permet à l’utilisateur de plier des vêtements.
D’un point de vue de la fabrication, cet outil est facile à produire avec des matériaux peu couteux. Le produit sera donc accessible au plus grand nombre. Par contre, techniquement l’utilisation de cet outil est aussi complexe que de plier directement un vêtement sans outil intermédiaire. Son utilité est donc discutable. Cependant ce produit à connu un réel succès auprès des acheteurs car peu onéreux et surtout très bien vendu. En effet le marketing autour de cet objet, vendu comme révolutionnaire, a inondé les réseaux sociaux il y a quelques années. Le public a été intelligemment ciblé et le système connut un succès sur le marché. Cette version du plieur de vêtements a été copié par pleins de marques différentes qui en ont produit des versions plus ou moins similaires.

Lien pour une description plus détaillé du produit : Planche à plier

Machine à plier automatisée

Comme nous l’avons vu avec le précédent exemple, il fallait trouver une solution qui rendait le pliage des vêtements plus simple techniquement. La FoldiMate répond à cette exigence et même plus, cette machine repasse également le linge.

C’est une machine très sophistiquée qui embarque beaucoup de capteurs et d’électronique, comparée à la solution précédente qui était 100% mécanique. L’outil est très simple d’utilisation. En effet, il suffit de « suspendre » votre chemise à la machine. Une fois cette opération faite la machine se charge de repasser, plier et empiler votre linge. Par contre, cette machine est beaucoup plus onéreuse que la précédente, et sujette à des pannes à cause de l’électronique et des vapeurs d’eau qui se dégagent du fer. La première version de ce plieur de vêtements n’est aujourd’hui plus en production mais la startup FoldiMate travaille sur un nouveau prototype plus fiable que la première génération.
Ce produit à connu un succès plus mitigé que le premier produit présenté car beaucoup moins accessible entre autres.

Une image de la deuxième version au stade de prototype aujourd’hui :

Lien pour une description plus détaillé du produit : Machine à plier automatisée

Plieuses Industrielles

Dans un autre domaine, nous retrouvons les plieuses de papier industrielle.
Nous aurions pu nous inspirer de ce type de fonctionnement mais n’en n’aillant jamais vu fonctionner réellement, nous ne nous sommes pas lancés dans cette étude. Effectivement, le mécanisme semble complexe et difficilement réalisable avec les outils du Fab-Lab.

Valorisation du produit/Innovation

Le plieur semi-automatique est un parfait compromis entre les différents objets déjà existants en ayant les avantages d'une planche à plier (prix, taille...) et y intégrant un mécanisme qui se rapproche d'une automatisation (un seul mouvement physique pour l'utilisateur).

Croquis - Schéma cinématique - Modélisation - Calculs

La problématique majeure du mécanisme est le retardement mécanique des battants. Il faut que chaque zone du tee-shirt se plie une à une, sans que les battants s'entrechoquent. Nous imaginons un doigt mécanique (axe avec une tête sphérique) venant successivement entrainer des tambours à rainure entrainant les battants.

Voici l’un des premiers croquis dessinés par le groupe :

Une fois le mécanisme choisi, nous réalisons le schéma cinématique d’entrainement des battants présents sur le côté :

Modélisation et calculs

Etude rapide de faisabilité du mécanisme :

Pour être sûr que l’articulation des battants se fasse bien avec le système de tambour, nous avons réalisé une petite étude calculatoire simplifiée :
Le but de cette modélisation est d’avoir une idée de la force de traction à appliquer par l’utilisateur sur la poignée.
D’après la modélisation CAO, le volume d’un battant présent sur le côté est de 154, 564 cm³. Le plexiglas blanc utilisé a une masse volumique de 1.18g/cm³. Ainsi, un battant pèse environ 180g.
De plus, un tee-shirt a une masse moyenne de 200g. Un calcul rapide montre qu’environ 70g se trouveront sur un battant. La masse totale à faire pivoter est donc d’environ 250g.
 

La liaison doigt d’entrainement/tambour est similaire à une liaison hélicoïdale avec un pas p de 0.2m, comme cela est présenté sur le schéma cinématique plus haut.
L’expression de la force à générer par l’utilisateur est :

  F= C*2π / p

En considérant que la masse du battant est concentré en un point à la moitié de sa largeur, soit 90mm, le couple provoqué sur l’axe de la charnière est de :

C=0.090*2.5=0.225 N.m 

Ainsi, la force F à fournir par l’opérateur est d’environ:   C*2π / p  ≈  7 N.m
Bien sûr, aucuns frottements ni rendements n’a été pris en compte ici car il est difficile de les estimer. Malgré tout, même en doublant, voir triplant l’effort à produire, la force reste tout à fait acceptable. En effet, en triplant la valeur et en l’exprimant en kilogramme, il faudrait tirer environ 2.1 kg sur la poignée.

Etude sur CREO simulate :

Après avoir étudié notre système, nous nous sommes rendu compte que les charnières latérales des battants sont des pièces critiques dans lesquelles les efforts sont importants. En effet, l’entrainement se fait par l’axe de la charnière et donc l’ensemble du couple, lors d’un mouvement, passe par ces pièces

Après avoir réalisé une première version des charnières avec l'angle intérieur saillant, nous avons modifié cette forme pour une plus arrondie, car elle permet une meilleure résistance mécanique. Nous avons également épaissi la pièce pour être plus serein sur sa tenue mécanique.

Dans notre étude, nous avons demandé à la charnière de soulever la moitié du poids d'un demi tee-shirt, ainsi que la moitié du poids d’un battant (La moitié car nous avons deux charnières par battant).
Les calculs nous montrent que la résistance élastique de l'ABS est loin d'être atteinte dans notre cas d'utilisation. Nous ne devrions donc pas avoir de problèmes de déformations irréversibles ou ruptures sur nos charnières.

Création maquette numérique

Une fois l’ensemble de la maquette CAO dessinée, nous avons réalisé la nomenclature du système, de manière à correctement organiser l’impression des pièces. En effet, ce dernier comporte quand mêmes plus de 32 éléments différents. 

En plus de cela, un rendu réaliste a été généré sur CREO. Il est toujours plus facile de communiquer et de présenter un projet encore virtuel lorsqu’il est le plus réaliste possible !

Objet Final

Voici le système opérationnel :

En utilisation, l’appareil se fixe par un étau sur le bord d’une table. Il devient alors solidaire à cette dernière. L’utilisateur a juste besoin de positionner le tee-shirt sur le plateau et à tirer sur la poignée se trouvant juste en dessous.

Voici une démonstration d’un pliage en vidéo :

Conclusion

Ce projet fut très enrichissant pour les quatre membres du groupe. En effet, il est rare, à notre niveau d'étude, de pouvoir réellement mener un projet allant de l'analyse du besoin jusqu'à la réalisation complète d'un système.

L’imagination et la conception de l’ensemble du mécanisme de retardement des battants de notre plieuse a été très intéressant à développer. C’est en particulier ce dernier qui a demandé le plus de travail. En effet, nous sommes passés par un grand nombre de solutions technologiques lors de l’élaboration du système, jusqu’à trouver celle qui avait le plus de potentiel.

La liberté lors du design du système fut très appréciée par chacun d’entre nous. L’utilisation des machines du FabLab offre de grandes possibilités de réalisation. Nous avons ainsi pu découper et graver le nom de notre système à différent endroits, réaliser un ajourage esthétique des battants et bien plus…

Mais prototypage rime avec apparition des premiers problèmes à résoudre ! En effet, un certain nombre de difficultés sont apparues lors du montage du système. Nous n’avions pas soupçonné que la déformation des éléments pourrait provoquer un disfonctionnement du mécanisme. Par exemple, lors des premiers essais, il était impossible de faire tourner les battants car les dents des pignons d’entrainement sautaient sous l’effort exercé par l’opérateur. Nous avons dû réimprimer des pignons mieux ajustés et assurer un maintien par des élastiques. De plus, l’axe d’entrainement relier à la poignée par les ficelles nous donna du fils à retordre ! En effet, l’effort demandé lors de la mise en mouvement du mécanisme n’est pas symétrique. Un coté de l’axe, puis l’autre entraine les tambours permettant de mettre les battants en mouvement. Cette dissymétrie provoquait une mise en travers de l’axe qu’il a fallu résoudre en imaginant de nouvelle pièce sur le système.

Nous sommes malgré tout très fier que le système ait fini par fonctionner, car pour dire sincèrement les choses, lors du montage, aucuns membres du groupe ne pensaient que le système pourrait avoir une chance de tourner correctement un battant !

Le résultat est là, comme vous avez pu le voir sur la vidéo, le mécanisme plie correctement un tee-shirt en un seul mouvement ! Il répond ainsi au cahier des charges que nous nous étions fixé.