BOITE CANARD VOLANT

Membres :  Morgane ARCHAMBAUD, Uxue AIZPURUA UBEDA et Sofia CHAMILLARD 

Introduction

Étudiantes en Master 1, parcours ROB, de la mention Automatique, Robotique (AR) à Sorbonne Université, nous avons réalisé ce projet dans le cadre de l'unité d'enseignement UM4RBM20.

L'objectif était de confectionner un objet comportant un mécanisme composé d'un assemblage et nécessitant l'utilisateur d'au moins deux machines présentes au fablab et vues en cours (imprimante 3D, découpeuse laser, découpeuse jet d'eau ou encore la machine pour couper le bois j'ai oublié son nom)

Notre choix de projet est le suivant : Un canard en bois, positionné sur une boîte à manivelle, le permettant de battre des ailes. Nous avons fait ce choix car nous voulions un projet qui corresponde à notre mascotte (un canard), nous voulions également mener un projet amusant bien qu'assez difficile à concevoir.

Nous avons effectué quelques recherches pour trouver des inspirations et nous avons trouvé l'image suivante :

Notre choix s'est porté sur un canard à réaliser à la découpeuse laser, un mécanisme (permettant le mouvement du canard) à l'imprimante 3D, et enfin une boîte en bois, à la scie. 

Les défis de ce projet étaient les suivants : 

• La découpeuse Laser : Le choix du matériau, l'épaisseur de ce dernier et l'assemblage, sans utiliser le site : Boîte universelle - Boxes, en modélisant tout sur SolidWorks, ajouter une tolérance assez suffisante pour permettre l'assemblage des pièces.
• L'imprimante 3D : Modéliser les pièces sur Solidworks, ajouter assez de jeu pour l'assemblage des pièces, choisir les bons paramètres d'impression pour permettre un temps d'impression et une solidité des pièces optimisée.

Conception

A) Le canard : CAO - Solidworks

La première étape de cette partie était de modéliser les sous assemblages avec Solidworks sans penser au design du canard : 

• La tête du canard : Un cube composé de trois pièces différentes distinctes, de 50x50 mm :
• Le cou du canard : Un rectangle composé de trois pièces distinctes : deux rectangles de dimension 10x95.75 mm ainsi qu'un "cube" de dimension 10x10 mm  : 

De par ses nombreuses dents, le cou est ajustable en fonction des préférences de l'utilisateur. 

• Le corps : Un rectangle composé de trois pièces distinctes : deux rectangles de dimension 50x95mm ainsi qu'un carré de dimension 50x50

• Le bec: Composé de 4 pièces distinctes : un triangle de dimension 20x20x25 mm, un rectangle de dimension 10x5 mm, un rectangle de dimension 18x10mm et enfin un dernier rectangle de dimension  30x5 mm, permettant de maintenir le bec contre la tête lors de l'assemblage : 

•  Les jambes : Composées de deux sous assemblages pour les cuisses et les mollets ainsi qu'une pièce pour les pieds

 

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        1.                           2.                          3.                                       4.                                         5.

Le sous-assemblage 3 est composé de trois pièces distinctes : un rectangle - triangle de dimension 20x10x15 mm, un rectangle de dimension 18x9.76mm et un triangle de dimension 15x9.76 mm :

Le sous-assemblage 4 est composé de trois pièces distinctes: un rectangle à bout triangulaire de dimension 25x10x14.14 mm, un rectangle de dimension  15x9.76mm, un rectangle de dimension 21.88x5.96 mm, et enfin un rectangle de dimension 9.76x4 mm :

Et enfin, la pièce 5 représentant le pied, de dimension 11x24.71mm.

Dans un second temps, nous avions ajouté les tolérances, avec un raisonnement faux, en enlevant 0.06mm de chaque côté de chaque dent afin d'avoir une tolérance de 0.12mm. Nous nous sommes rendues compte plus tard qu'il ne fallait pas retirer 0.12mm en tout mais ajouter de chaque côté entre 0.1 et 0.15 mm de matière. Nous développerons cette difficulté rencontrée dans la partie Difficultés Rencontrées.

Dans un troisième temps, nous avons modifié certaines pièces afin de permettre l'assemblage entre les différents sous assemblages. Nous avons également modifié le bec, car l'esthétique de la première version n'était pas satisfaisante. Nous avons également designé les ailes du canard.

Nous avons apportés les modifications suivantes : 

La tête a été modifié de sorte a laissé un espace pour le nouveau bec. Un trou a été creusé pour assembler le cou et la tête du canard, avec une tolérance de 0.12 mm :

Le corps a été modifié pour laisser un espace aux ailes, permettre l'assemblage avec le cou et permettre l'assemblage avec les jambes. Un trou a été également creusé afin de laisser place à l'assemblage sur le mécanisme de la boîte :

Le nouveau bec permettant une meilleure apparence : 

Avec une tolérance de 0.12 mm entre le trou dans la tête du canard et le bec. 

Enfin, les ailes, désignées avec 2mm de moins de largeur que le trou dans le corps du canard, avec de permettre un mouvement fluide des ailes : 

Elles ont été ensuite désigné avec deux trous permettant l'assemblage avec le mécanisme de la boîte, permettant ainsi de bouger les ailes.

B. Le canard, InkScape

Nous avons ensuite mis nos pièces dans Inkscape, dans un premier temps afin d'y effectuer des gravures et de donner à notre canard un visuel satisfaisant. Nous avons modifié la tête afin de dessiner un visage au canard, ses pieds ainsi que quelques décorations. 

 

C. Mécanisme 

D. Impression 3D

E. Boîte scie

 

Assemblage entre les deux matériaux : PLA et Peuplier

Comme vu précédemment, nous avons conçu une pièce par impression 3D, permettant de relier les ailes à la boîte, afin de créer le mouvement des ailes. Pour permettre un tel assemblage, nous avons eu recours à des outils extérieurs, tels que des anneaux en acier inoxydable, pour assembler les deux parties entre elles. Pour assurer cet assemblage, nous avons creuser un léger trou dans les ailes, et pour le design de la pièce par impression 3D, nous avons placé en haut de la pièce un cercle, permettant ainsi de relier les deux avec un anneau.

Cette tâche était assez complexe, étant donné que le trou dans les ailes devait être assez fin pour ne pas gâcher l'esthétique de la pièce, mais pas trop fin afin de ne pas être trop fragile, étant donné que cette partie sera beaucoup sollicitée lors de la manipulation du mécanisme. De plus, l'impression de la pièce 3D était un grand défi, étant donné que la pièce est assez fine et longue. Il a par ailleurs fallu faire plusieurs impressions de ce modèle, les deux premières ayant échouées. Cela était dû à la position d'impression des pièces. Pour régler le problème, nous avons imprimé notre pièce en long, ce qui a permis une impression cohérente avec la modélisation de cette dernière.

Découpe laser

Pour la découpe laser, nous avons choisi le matériau suivant : contreplaqué peuplier de 3 mm. Nous avons choisi ce matériau pour sa légèreté, étant donné que les pièces du mécanisme sont imprimées en 3D et donc fragile. Ce matériau permet également d'assurer un mouvement fluide lors de l'actionnement du mécanisme. 

Nous avons configuré nos fichiers pour la découpe laser en utilisant le code couleur suivant : 

• Noir : gravure de surface avec une puissance réglée à 70%.
• Bleu : marquage.
• Rouge : découpe intégrale.

Difficultés Rencontrées 

 

• Concernant le canard, la conception de ce dernier et la découpeuse laser  :

Dans un premier temps, nous pensions que la tolérance pour la découpeuse laser (entre 0.1 et 0.15 mm) était de la matière en moins au niveau des dents, permettant ainsi un véritable assemblage solide. Après un premier test, nous avons pu constater que les pièces ne s'assemblaient pas, ayant un trop grand espace entre chaque dent. Pour régler le problème, nous avions complètement retiré la tolérance afin de visualiser le comportement d'un assemblage. Ce dernier ne permettait toujours pas un assemblage, les dents étant encore trop écartées. Pour finir, nous avons revue nos mesures en ajoutant de chaque côté des dents 0.1mm, ce qui a permis de réaliser un assemblage assez solide des pièces. Cette difficulté a été rencontré pour l'ensemble des pièces du canard étant donné qu'elle avaient été toutes fondées sur le même raisonnement. 

Concernant le cou, les dents étant très petites et nombreuses, il était difficile de sortir les pièces de la planche de peuplier (3 mm) sans casser quelques dents. Il fallait donc se montrer très précis. De plus, l'assemblage des pièces étaient également un défi, étant donné que les dents sont petites et donc fragiles, il était facile d'en casser quelques unes en assemblant.

La première version du bec, dû à la complexité de certaines pièces du sous-assemblage, était très difficile à manipuler, notamment pour l'ajout des tolérances. Le seconde version du bec, plus esthétique et plus pratique, a résolu ce problème. 

L'assemblage des jambes n'a pas fonctionné, car nous avons manqué de temps pour refaire les pièces avec les tolérances et les redécouper à la découpeuse laser. Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé une colle à bois. 

Enfin, l'écart de 2mm entre les ailes et les trous dans le corps du canard étant trop grands, les ailes sortaient du trou pendant le mouvement de la manivelle. Pour résoudre ce problème, nous avons ajouté du scotch pour bloquer les ailes et ainsi, les empêcher de sortir du trou.

Concernant la découpeuse laser, un premier essai a été effectué avec le mauvais matériau en paramètre sur les ordinateurs du fablab. Cela nous a permis de faire attendre aux paramètres avant de lancer la découpe pour les prochaines fois. 

 

Conclusion