Le Slicer

 

 

 

Le SLICER

 

Adrien CONREAUX - Rémy DIRINGER - Victor FRICKERT - Thomas MULLER

GM2

 

   

Introduction

 

 

Le pain est un produit phare de la gastronomie française. Son faible coût de production et sa simplicité en fait un produit massivement consommé par des français de tous âges et catégories sociales. Le pain français s'exporte notamment à travers le monde, et on peut dire qu'il est un symbole de la gastronomie française à l'étranger.

 

Sa croûte croustillante rend son goût inimitable, mais pose un problème pour une personne désirant conserver son intérieur propre. En effet, il est inévitable lors de la coupe du pain que des miettes aillent se répandre dans toutes les directions.

 

C'est dans l'optique de résoudre ce problème que nous avons conçu le projet du SLICER. Afin de créer plus de fonctionnalité et de valeur ajoutée, la décision d'inclure des modules amovibles a été prise.

 

 

Contrôle de validité des besoins

 

Pourquoi ce besoin existe-t-il ?

 

- Parce que le pain est un produit très consommé en Europe

- Parce que sa découpe occasionne des miettes

 

Pour quoi ce besoin existe-t-il ?

 

- Pour simplifier le nettoyage du poste de découpe

- Pour s'adapter grâce aux modules aux envies et besoins de chacun

 

Qu'est-ce qui pourrait le faire disparaître ?

 

- Arrêt total de la consommation ou de la production du pain

- Généralisation de la vente de pain pré-découpé

- Changement de recette limitant l'émiettage du pain

 

Qu'est-ce qui pourrait le faire évoluer ?

 

- Changement significatif des dimensions d'un pain standard

- Changement des habitudes alimentaires entraînant la création de nouveaux modules

 

Le besoin est-il validé ?

 

Oui, car les évènements cités ci-dessus ont une faible probabilité de survenir dans les 30 prochaines années

 

Analyse du besoin

 

Diagramme des prestations

 

 

Diagramme pieuvre

 

Fonctions principales

 

Fp1 : Permettre à l’utilisateur de couper son pain

Fp2 : Permettre à l’utilisateur de récupérer les miettes

Fp3 : Pouvoir fixer des accessoires sur le produit

 

Fonctions contraintes

 

Fc1 : Le produit doit supporter l’effort mis en jeu lors de la coupe du pain

Fc2 : Protéger du couteau la surface du produit

Fc3 : Etre transportable avec ses modules par l’utilisateur

Fc4 : Etre compatible avec une utilisation pour l’alimentaire

Fc5 : Etre lavable avec les produits d’entretien usuels et être rinçable

Fc6 : Les modules doivent être démontables à mains nues

Fc7 : Supporter le poids des accessoires

 

 

Conception du produit

 

Afin de récupérer les miettes, nous avons décidé d’utiliser une grille. Celle-ci a l’avantage de laisser passer les miettes tout en retenant le pain et les tranches. Nous avons ainsi modélisé une première version que voici ci-dessous.

 

 

 

 

De plus, sa géométrie plane permet de couper du pain de la même façon que sur une planche classique avec un couteau à pain quelconque. En outre, une amélioration a été apportée : afin qu’aucune miette ne puisse rester sur la grille, nous avons opté pour une géométrie de maille en ogive supprimant ainsi toute surface horizontale.

Rapidement, il a été constaté qu’une facilité de transport permettrait d’étendre les applications. En effet, l’utilisation ne se restreignant plus uniquement à la cuisine, la planche à pain pourrait être utilisée devant la télévision, en pique-nique… On lui a même attribué une application professionnelle pour les hôtels proposant le petit-déjeuner dans la chambre. L’ajout de poignées ainsi que sa compacité permettent de répondre à ces critères.

 

 

En prolongeant cette idée de transportabilité et de plateau repas, il est évident que la planche à pain n’est pas utilisée seule. On peut lui associer l’indispensable couteau à pain, mais également du beurre, de la confiture, un œuf…etc.

Afin de s’adapter au mieux au besoin du consommateur, une solution par module amovible a été retenue. Ces modules se présentent sous forme de porte-couteau, coquetier…etc. et viennent directement s’associer à la planche pour former un plateau repas.

Ils ont ainsi un atout fonctionnel, mais également marketing. En effet, ces modules vendus séparément peuvent devenir une source de revenus pour l’entreprise même après la vente du produit principal.

L'image suivante représente le dernier modèle avant réflexion sérieuse sur les modalités de construction.

 

 

 

 

L’idée première quant à l’ajout de poignées fut de les fixer directement sur le bâti par collage. Cependant, un projet antérieur utilisait également des poignées fixées par collage, mais le résultat n’était pas satisfaisant. En effet, les ces dernières se sont détachées après quelques manipulations seulement. Nous avons donc tenu compte des expériences passées en usinant les poignées directement dans le bâti,  offrant ainsi une très bonne solidité.

Pour la fixation des modules, il a été choisi une liaison glissière en « T ». Cette géométrie assure une résistance suffisante et facilite l’usinage puisque nécessitant uniquement l’usinage de rainures.

Le range couteau était supposé faire partie intégrante du système, mais il a été décidé ultérieurement de le rendre amovible, dans le but de rendre notre système encore plus modulable.

L'image ci-dessous représente le rendu réaliste, avec les dernières modifications.

 

 

 

 

Dimensionnement

 

On estime que la charge maximale que le SLICER  aurait est à subir vaut  F= 5kg = 50N. On considère aussi que le produit fini sera en bois. On prendra pour les calculs un bois d’épicéa, dont la résistance à la rupture est faible : ainsi, si les calculs sont concluants avec cette essence, le produit pourra être fabriqué dans de nombreux autres matériaux plus résistants.

 

Résistance des poignées en cisaillement.

 

La surface de contact entre un côté d’une poignée et la planche vaut :

.

La contrainte pour chaque côté de poignée vaut donc :

On calcule à présent la contrainte maximale Rpg admissible par l’épicéa, avec un coefficient de sécurité s=2. On rappelle que la résistance à la rupture Re de l’épicéa vaut :

 

 

La condition pour valider l’épicéa comme matériau est :

C’est bien le cas ici, le modèle en épicéa est validé.

 

Résistance des modules en cisaillement.

 

Les modules qui ont été réalisés sont destinés à porter des objets de faible masse. On va calculer la longueur de l’attache d’un module qui pourrait supporter un verre rempli de 25 cL de boisson. On estime sa masse à 600g. La force qu’exerce un tel objet est F=6N.

De plus la hauteur de l’attache vaut :

.

On prend comme auparavant de l’épicéa, d’où :

La longueur minimale de l’attache vaut donc :

 

.

 

La longueur d’attache envisagée se situant aux alentours des 50mm, on peut affirmer qu’un tel module supportera une charge de 600g.


 

Fabrication d'un prototype avec les solutions techniques proposées

 

Pour la réalisation du prototype, notre choix de procédé s’est orienté vers la stratoconception. Ce procédé est en mesure de réaliser notre prototype tout en ayant un coût de production faible.

Notre modèle a donc été découpé en 3 strates d’épaisseur 12mm puis assemblé par collage.

Le choix du bois comme matériau usiné s’est imposé puisque seul ce matériau proposait des plaques de cette épaisseur. De plus, le bois offre un aspect chaleureux en se rapprochant d’une planche à pain traditionnelle.

 

Et voici le résultat après usinage :

 

 

Lien vers le tutoriel du logiciel Stratopro: /files/aconreaux01/tutoriel_stratopro.pdf

 

 

Difficultés rencontrées

 

Pour la queue d’aronde en T de notre prototype, il était prévu d’usiner deux rainures de 4 mm sur la plaque inférieure et la plaque supérieure. Comme une fraise de 4mm était montée sur la fraiseuse, nous pensions qu’il n’y aurait aucune difficulté lors de l’usinage. Cependant, nous nous sommes rendus compte que le logiciel ne permettait pas à la fraiseuse de faire une passe de largeur égale au diamètre de la fraise. Comme on peut le voir ci-dessous, la fraiseuse refuse de faire la passe dans le modèle. On peut supposer que le logiciel impose une marge de sécurité qui empêche le lancement de l’usinage.

 

Ebauches de rainurage, impossible à terminer car épaisseur non suffisante

 

Nous avons donc dû changer le modèle en redéfinissant la valeur de cette côte à 4.5 mm puis régénérer le code machine et l’usinage de ces rainures a pu être réalisé.

Mais après ce changement, une nouvelle difficulté est apparue. La quantité de ruban adhésif destiné à maintenir la plaque sur le support n’était pas suffisante pour faire face aux efforts de coupe. La plaque s’est alors détachée du support puis a pivoté et la fraiseuse a entaillé la plaque.

 

 

Premier essai d'usinage de la plaque inférieure, recto.

Verso de la plaque.

 

Néanmoins, ce premier usinage nous a permis de découvrir d’autres soucis plus mineurs. Par exemple, comme on peut le voir ci-dessus la pointe du logo INSA a été endommagée pendant l’usinage à cause d’efforts de coupe trop importants. Pour pallier à ce problème nous avons décidé d’arrondir cette pointe sur notre modèle afin de ne pas casser à nouveau.

 

Nouveau modèle avec pointe arrondie et intacte

 

Nous avons donc procédé à un second usinage complet de la plaque pour obtenir un résultat final très satisfaisant.

Nous avons également remarqué que parfois la fraiseuse n’usinait pas jusqu’à la plaque martyre, nous avons donc coupé la fine épaisseur restante au cutter, puis poncé. Ce problème a semblé devenir de plus en plus important au fur et à mesure du temps. Nos manipulations informatiques semblent correctes, nous pensons donc à une erreur d’étalonnage de la machine.

Les différents problèmes rencontrés au sein de l’usinage ont été très formateurs dans l’apprentissage de l’utilisation de la machine. Ils nous ont ouvert les yeux sur quelques subtilités de la machine auxquelles nous n’avions pensé. 

 

 

Retour sur expérience et améliorations possibles

 

 

L’usinage de la grille en ogive à la fraiseuse provoque un état de surface légèrement rugueux. Il a donc fallu améliorer l’état de surface manuellement avec une ponceuse. Cela n’est donc pas envisageable pour une production de série. On pourrait alors utiliser un matériau différent comme un plastique afin d’obtenir un état de surface satisfaisant.

 

 

Etat de surface laineux sur la grille

 

La conception en 3 strates implique des évidements importants et une perte importante de matière première. Dans un objectif d'économie de matière, on pourrait alors imaginer une conception par collage de plusieurs plaques de bois, mais cela réduirait la solidité du produit. On pourrait également optimiser le bois en choisissant des plaques brutes de dimensions mieux adaptées à la partie à usiner.

 

La machine en action

 
 
Une technique qui génère beaucoup de déchets
 
 

Vers une production à grande échelle

 

Pour commercialiser le SLICER, nous avons pensé à un procédé de fabrication capable de l’usiner à grande échelle. Nous nous sommes orientés vers la défonceuse à commande numérique. En effet il s’agit d’un procédé connu pour le travail du bois comme on peut le voir ci-dessous :

 

 
 

Ce procédé permet aussi d’optimiser le temps d’usinage, puisque au lieu de décomposer le modèle en strates comme la StratoConception, ce qui allonge fortement le temps d’usinage pour les arrondis, une défonceuse possède des outils beaucoup plus adaptés à ce type d’usinage. On peut facilement trouver des fraises en forme de congés pour réaliser les arrondis de la grille et des fraises en forme de T pour réaliser la queue d’aronde. Ce procédé peut aussi permettre d’usiner la coque principale non plus en trois plaques collées mais en une seule.

 

 

Conclusion

 
 
 
Ce projet est la suite logique de notre formation en temps qu'élèves ingénieurs, en effet cette première approche du prototypage nous a permis de suivre toutes les étapes d'un tel processus indispensable à tout projet. De l'idée, à la maquette, nous avons dû imaginer un produit permettant de répondre aux fonctions que nous avons fixé. Ce travail nous a demandé un effort de créativité, combiné à un esprit critique afin de ne garder que les meilleures idées. Par la suite, les idées se sont transformées en modèle 3D et un critère de faisabilité s'est rajouté.
Ce projet a permis de nous faire découvrir les machines adéquates au prototypage et a fait naître une cohésion au sein de notre groupe.
 
 
 
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