Distributeur de chewing-gum

Projet distributeur de chewing-gum

Introduction

Dans le cadre de ce Projet-Optimisation produit, nous avions pour objectif d'inventer et de concevoir un objet innovant permettant de repondre à une problématique. Nous avons d'abord pensé a un autre système, mais qu'il n'aurait pas pu aboutir, car trop complexe par rapport au temps accordé au projet.

Nous avons donc finalement opté pour un système de distribution de chewing-gum à placer dans l'habitacle d'une voiture, déstiné au chauffeur. En effet, nombreux sont les conducteurs consomateurs de chewing-gums, réguliers ou non. Se servir dans une boite ou un paquet n'a rien de très contraignant lorsqu'il n'y a aucun danger, mais s'en servir alors que l'on conduit deviens dès lors une opération dangeureuse, surtout s'il faut chercher dans la boite à gants pour trouver la boite de chewing-gum, l'ouvrir, en prendre un, la refermer et la ranger...

Le système que nous avons développé a donc pour objectif de rendre l'action "prendre une chewing-gum en conduisant" plus simple, rapide et sûre pour le conducteur, et par extenssion pour les passagers.

 

Cette page récapitule tout le déroulement de notre démarche, les problèmes rencontrés ainsi que nos interrogations et remarques tout aux long du projet.

Le groupe ayant travailler sur ce projet durant le semestre est formé par Augustin PROBST, Maxime Wetta, Lucas FRAULI et Yoann PETERSCHMIT.

 

 

Contrôle de le validité du besoin

Pourquoi ce besoin existe-t-il ?

- Parce que le chewing-gum est un produit très consommé

- Parce que le fait de prendre un chewing-gum tout en conduitsant est une oprération qui peut s'avérer dangereuse

 

Pour quoi ce besoin existe-t-il ?

- Pour simplifier et sécuriser l'opération "prendre un chewing-gum" en voiture

 

Qu'est-ce qui pourrait le faire disparaître ?

- Arrêt total de la consommation ou de la production de chewing-gum

- La démocratisation des voiture sans chauffeur

 

Qu'est-ce qui pourrait le faire évoluer ?

 

Le besoin est-il validé ?

-

 

Analyse fonctionnelle du besoin

Bête à corne : 

 

Diagramme pieuvre :

 

Cahier des charges fonctionnel :

 

Conception

La fonction principale que le mécanisme doit remplir est qu'un seul chewing-gum doit être servi à chaque fois qu'on l'actionne. Nous avons donc commencé par concevoir le système en partant du mécanisme.

Notre système principal, ayant pour objetif de délivrer les chewing-gums, est composé de 3 pièces principales : le réservoir (contenant les chewing-gums), le bouton (pièce mouvante du mécanisme que l'on actionne en exerçant dessus une pression avec les doigts. Elle dispose d'une chambre pouvant contenir un seul chewing-gum), et le carter inférieur (c'est la pièce qui vient enfermer le bouton par le dessous). A cela s'ajoute un couvercle permettant de refermer le reservoir, et le dispositif nécessaire à la fixation dans l'habitacle de la voiture.

 

Reservoir :

Bouton :

Carter inférieur :

 

Le bouton se loge entre le reservoir et le carter. Il est poussé vers l'exterieur par deux ressorts (un de chaque côté) pour assurer une poussée homogène, et arrêté par une butée les logant dans le trou oblon sur sa face supérieure. A ce moment, un chewing-gum tombe dans la chambre du bouton. L'utilisateur n'a alors plus qu'à appuyer avec se sdoigts sur le bouton pour aligner la chambre avec le trou du carter pour que le chewing-gum tombe dans se paume. 

Le carter et le reservoir sont maintenus ensemble par quatres couples d'aimants puissants, et stoppés en rotation par deux pions. Cela permet de ne pas solliciter la butée pour cette fonction.

Etant donné que la butée n'est pas très résistant (un cylindre d4mm), nous avons prévu qu'elle ne serve qu'à supporter la force des ressorts, et pas celle des doigts de l'utilisateur. Pour permettre cela, le trou oblon du bouton a une longeur suprérieur à la course du bouton + le diamtère de la butée. Ainsi, lorsque l'utilisateur actionne le mécanisme, le bouton bute contre les deux épaulements du carter.

De plus, pour éviter au couvercle de bouger avec les mouvements de la voiture, il est aussi maintenu en place par un aimant.

Un problème risqait d'arriver lors de la sollicitation des ressorts. En effet, leur diamètre est très petit devans leur longueur (D4*30mm). Le flambement des ressorts était donc une donnée à prendre en compte pour être sur qu'ils ne se coincent pas et remplissent correctement leur fonction. Pour remedier à ce problème, nous avons choisi de les guider grâce à des tiges passant à l'interieur des ressorts. Aux vues du faible diamètre intérieur des ressorts (d3.5mm), il était préferable de percer les pièces une fois imprimées pour y insérer une tige métalique, plutôt que d'imprimer une tige qui serait très longue et fine, et donc très fragiles, directement sur le carter ou le bouton.

 

Nous n'avons pas conçu le système de fixation à la voiture, car il existe déjà des systèmes et que ce n'était pas le but principal de notre démarche. Nous avons donc opté pour un système existant à pince qui se loge dans une grille de ventilation. Il nous a donc simplement fallu adapter notre reservoir au système choisi pour pouvoir les assembler. Dans notre cas, nous avons simplement ajouté une partie plate sur le cylindre du réservoir, sur laquelle nous avons collé la plaquette métalique qui permet de rattacher l'ensemble à l'aimant du support. Ce système permet de pouvoir de détacher le distributeur à sa guise tout en laissant la pince sur place pour y aimanter un smartphone par exemple.

 

 

 

 

Remarque :

Durant la conception, nous avons émis la remarque suivant : la conception du mécanisme est en fait la partie simple de la démarche. En effet, si la forme du reservoir ne permet pas aux chewing-gums de s'écouler correctement afin de tomber dans la chambre, alors le mécanisme s'en trouve inutil ! Il a donc fallu, avant d'imprimer la totalité du système, vérifier si notre conception du réservoir permettait de réaliser la fonction attendue.

Après un premier prototipe, il s'est avéré que non... Les chewing-gums ne "coulaient" pas comme prévu par le trou au fond du réservoir. Nous avons donc réalisé une série de tests en faisant varier la géométrie de la pièce, afin de trouver une solution pour résoudre ce problème.

Prototype 1 :

Avec cette forme, les chewing-gums se bloquaient très souvent. Nous avons donc lancé un deuxième test en modifiant la géométrie de la pièce.

Prototype 2 :

Une telle modification de la géométrie entraînait forcément une importante modification du volume de stockage des chewing-gum. Cependant, si cette géométrie pouvait permettre au système de mieux fonctionner, il vallait mieux cela.

Cependant, cette solution n'a pas non plus resolu notre problème.

 

 

D'autres solutions ont été envisagées. En effet, nous sommes partis de la contradiction suivante :

 

Pour résoudre la contradiction sans compromis, c'est à dire maximiser le volume de stockage tout en rendant le système fiable, une dynamisation du système semblait évidente. Nous avons songé à diverses solutions :

- organiser le reservoir en compartiments afin de former plusieurs colonnes le long de la paroi du reservoir, au lieu d'un tas, et positionner le trou de sortie sur le côté et non au centre. Il suffirait alors de tourner le reservoir de quelques degrés une fois une colonne vide.

- ajouter un shaker en liaison pivot par rapport au couvercle qu'il est possible de faire tourner pour mélanger les chewing-gum et éventuellement les débloquer.

 

Nous avons donc opté pour l'ajout d'un shaker pour débloquer la situation. Nous avons décidé de garder la forme initiale du réservoir, mais en augmentant la longueur du tube de sortie. Cela nous permet en effet de garantir que trois chewing-gums seront ampilés les uns sur les autres après avoir mélangé le contenu du réservoir. Nous pouvons donc assurer que les système fonctionnera au moins trois fois avant de devoir à nouveau mélanger.

Forme intérieure finale du réservoir :

Ensemble couvercle + shaker + molette :

 

Système complet :

Notre système final est donc composé :

- du reservoir

- du carter inférieur

- du bouton

- du couvercle

- du shaker

- de la molette du shaker

- de huit aimants entre le reservoir et le carter, et deux entre le reservoir et le couvercle

- de deux ressorts

- des deux tige empêchant le flambement des ressorts

- de la tige assurant la liaison pivot entre le couvercle et le réservoir

- du système de fixation à la voiture

 

 

Calculs

La seul partie réellement intéressante à calculer est la butée. Elle est contrainte en cisaillement par la pression des ressorts. 

Nous devions commencer par déterminer la force des ressorts, qui n'était pas donnée par le constructeur. 

Données : Diamètre extérieur des ressorts D=3,5mm, diamètre du fil d=0.25mm, nombre de spires n=18, coefficient de Poisson de l'acier ν=0,3, module d'Young de l'acier E=210GPa, rayon de la butée r=2mm, course delta x=22mm.

 

NB : D'un point de vue purement rationnel, ce calcul n'a en fait aucune raison d'être dans notre configuration. En effet, nos ressort font 30mm de long et la course du bouton est de 22mm. Les ressorts sont de plus encaster dans le carter et le bouton dans des trous de 4mm de profondeur. En somme, 22+2*4=30mm, ce qui permet de constater que les ressort sont totalement détendus lorsque le bouton en en buté. Les ressort empêchent alors simplement le bouton de s'enfocer seul, mais ils n'excercent sur lui aucune pression. La butée n'est en fait pas du tout sollicitée.

 

Fabrication

Pour réaliser nos prototypes, nous avons utilisé l'Ultimaker, moins précise, mais dons plus rapide et moins chère d'utilisation. Etant donné que nous ne voulions tester que le forme du reservoir, la précision et la finesse n'étaient pas nécessaires.

Pour imprimer le système final, nous avons utilisé la FORTUS 250mc. Nous avions en effet besoin d'obtenir un état de surface de bonne qualité. Cependant nous pensions que la machine imprimait avec une meilleur précision que celle obtenue. Nous avons donc dû usiner nos pièces pour pouvoir les ajuster et les emboîter (ex : le bouton était trop épais de plus d'un millimètre).

Certain subtilité des pièces n'ont pas été réalisée aà l'imprission, mais usinée par après, comme les trous dans le carter et le bouton permettant d'acceuillir la tige anti-flambement des ressorts.

Les parties réusinées sont : la liaison pivot entre le shaker et le couvercle, l'épaisseur et la largeur du bouton, la charnière entre le couvercle et le réservoir.

 

Retour d'expérience

Lors de la conception de notre système, qui à débutée par celle du mécanisme, nous avons considéré que les évennements extérieur seraient favorables au fontionnement du système, en particulier que les chewing-gums tomberaient sans problème du réservoir. En effet, pour avoir la bonne démarche de conception, nous aurions dû partir de là et concevoir notre mécanisme en concéquence, et non l'inverse.,Nous avons donc eu un exemple illustrant parfaitement le fait que l'analyse précise de tout les évenements possibles et des facteurs extérieurs est indispenssable à toute conception. C'est donc quelque chose que nous prendrons en compte pour nos prochains projets au cours de notre cursus et de notre vie professionnelle.

 

Dans une optique de commercialisation

Nous sommes conscient qu'il existe différents types de chewing-gums, avec différentes formes. Nous avons conçu notre système pour qu'il s'adapte à une forme simple, la plus symétrique possible. Etant donné que les chewing-gums sphériques ne sont pas communs, nous avons opté pour une forme qui s'en approche, communément utilisée par la marque MENTOS ®. ous n'avons pas inventé le concept du distributeur de chewing-gums, mais il n'a à notre connaissance jamais été créé un distributeur similaire à notre prototype. En ce qui concerne ceux qui existanent déjà, il s'agit de d'objets imposants, et distribuant des chewing-gums particuliers, conçus uniquement pour ce système. Nous avons remarquée après coup que les concepteurs ont rencontré les mêmes problématiques que nous. En effet, les chewing-gums qu'ils ont conçus sont sphériques, la forme la plus simple à manipuler lorsque la répartition et l'orientation des élements dans le réservoir sont aléatoires. De plus, le fond du reservoir intègre aussi un shaker pour assurer l'écoulement des chewing-gums.

 

Dans une optique de commercialisation et d'amélioration de notre produit, nous avons prévu de pouvoir facilement interchanger le bouton, pour en utiliser un autre avec une autre forme, s'adaptant à d'autres chewing-gums.

Il pourra aussi être intéressant de pousser beaucoup plus loin l'étude sur la forme intérieure du réservoir, ou d'étudier plus en détail les autres possibilités. Dans notre cas, nous avons rapidement choisi la solution qui nous semblait la plus simple tout  en étant efficace, et qui nous permettait de modifier le moins possible notre conception d'origine pour ne pas risquer de dépasser l'échéance.

Il pourra par exemple être intéressant d'avoir un réservoir en pivot, pouvant contenir plusieurs sortes de chewing-gums, plusieurs goûts. Il suffirait alors simplement de faire pivoter le réservoir pour aligner la colonne contenant le goût souhaité pour l'aligner avec le trou de sortie du réservoir.

 

Design

Concernant le design de notre système, 

 

Conclusion

 

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