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L’Analyse Fonctionnelle du Besoin porte sur les fonctions du produit à concevoir Elle ne préjuge pas ni des fonctions techniques induites ni des solutions constructives capables qui seront recherchées au stade de l’Analyse Fonctionnelle Technique

Quel est le début des imprimantes 3D ?

Le début des imprimantes 3D date des années 1980, années où le premier processus de prototype rapide apparaît. Depuis il y a eu plusieurs milliers de brevets, de développement, de recherche et d’amélioration dans ce domaine.

Comment fonctionnent les imprimantes 3D personnelles ?

La majorité des imprimantes 3D personnelles fonctionnent selon ce principe. FDM est l’acronyme anglais de Fused Deposition Modeling qui signifie « modelage par dépôt de filament en fusion ». Ce procédé qui a été inventé en 1988 par la société Stratasys, est une marque déposée.

Quels sont les avantages de l’impression 3D ?

L’impression 3D, aujourd’hui accessible au grand public, permet une plus grande liberté de conception, des économies de matières, une production localisée et une personnalisation des objets. Le début des imprimantes 3D date des années 1980, années où le premier processus de prototype rapide apparaît.

Pourquoi les imprimantes 3D sont-elles si faibles ?

effectué une étude de marché comparant des modèles existants, vous vous êtes aperçus que les vitesses de déplacement des têtes d'impression des imprimantes actuellement commercialisées étaient trop faibles pour garantir l'isotropie du matériau fabriqué. Vous souhaitez donc lancer votre propre gamme d'imprimantes 3D.

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Rapport de stage de 4ème année Spécialité Mécanique et Conception de Système

7 Avenue Marcel Dassault

37200 TOURS, FRANCE

Tél : +33 (0)2 47 36 13 00

www.polytech.univ-tours.fr

Rapport de ƉƌŽũĞƚĚĞĨŝŶĚ͛ĠƚƵĚĞƐϮϬϭϳ

ġƚĞĚ͛ŝŵƉƌĞƐƐŝŽŶ à gradient de dureté pour imprimante 3D

Tuteur académique :

Mr Le Quilliec Guenhaël

Enseignant Chercheur

Etudiants :

Sill Etienne

Cazal Benjamin

5A DMS - Promotion 2017

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 1 sur 33 15/02/2017

I. Remerciements

Nous tenons ăƌĞŵĞƌĐŝĞƌĚĂŶƐƵŶƉƌĞŵŝĞƌƚĞŵƉƐƚŽƵƚĞů͛ĠƋƵŝƉĞƉĠĚĂŐŽŐŝƋƵĞĚĞů͛ĠĐŽůĞŽůLJƚĞĐŚŶŝƋƵĞ

ĚĞ ů͛ƵŶŝǀĞƌƐŝƚĠ ĚĞ ŽƵƌƐ, et plus particulièrement les enseignants du département Mécanique et

Conception de Systèmes.

Aussi, nous souhaitons remercier et témoigner toute notre reconnaissance aux personnes suivantes, pour les conseils apportés ainsi que leur collaboration tout au long de ce projet :

Monsieur Guenhaël Le Quilliec, enseignant chercheur en mécanique à Polytech Tours, notre tuteur de

ƉƌŽũĞƚĚĞĨŝŶĚ͛ĠƚƵĚĞ, pour ŶŽƵƐĂǀŽŝƌĂĐĐŽŵƉĂŐŶĠƚŽƵƚĂƵůŽŶŐĚĞů͛ĠůĂďŽƌĂƚŝŽŶĚĞĐĞƉƌŽũĞƚ͕ƉŽƵƌůĞ

ƚĞŵƉƐƋƵ͛ŝůŶŽƵƐĂĂĐĐŽƌĚĠ͕ses conseils et son aide qui nous aura été très utile.

Monsieur Stéphane Méo, également enseignant chercheur ă ŽůLJƚĞĐŚ ŽƵƌƐ͕ ƉŽƵƌ ů͛ĂƉƉŽƌƚ ĚĞ ƐĞƐ

connaissances en matériaux polymères et en rhéologie.

Monsieur Sébastien Beaufils, responsable du service informatique du département informatique

industriel ĚĞů͛ĠĐŽůĞƉŽƵƌĂǀŽŝƌƐƵƉĞrvisé notre projet.

Messieurs Corentin Lavergne et Pierre Provot, étudiants au département informatique industriel de

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 2 sur 33 15/02/2017

Table des matières

I. Remerciements ........................................................................................................................................ 1

II. Introduction ............................................................................................................................................. 4

III. Cahier des charges ............................................................................................................................... 5

A. Analyse du besoin ................................................................................................................................ 5

1. ŝƐĞĞŶĠǀŝĚĞŶĐĞĚƵďƵƚĚĞů͛ĠƚƵĚĞ................................................................................................ 5

2. ŽŶƚƌƀůĞĚĞǀĂůŝĚŝƚĠĚƵďƵƚĚĞů͛ĠƚƵĚĞ ............................................................................................ 5

B. Analyse fonctionnelle .......................................................................................................................... 6

1. Phase et cycle de vie du produit ..................................................................................................... 6

2. Graphes et fonctions de service ...................................................................................................... 6

C. Carte mentale ....................................................................................................................................... 9

IV. Analyse ............................................................................................................................................... 10

A. Présentation de la Vertex K8400 ....................................................................................................... 10

B. Problématique .................................................................................................................................... 12

C. ŶĂůLJƐĞĚĞƐŵĂƚĠƌŝĂƵdžƉŽƵƌů͛ŝŵƉƌĞƐƐŝŽŶ ......................................................................................... 12

1. Le PLA (acide polyactique) ............................................................................................................. 13

2. ͛;ĂĐƌLJůŽŶŝƚƌŝůĞďƵƚĂĚŝğŶĞƐƚLJƌğŶĞͿ ......................................................................................... 13

D. Recherche de solutions ..................................................................................................................... 14

1. Alternance de différentes couches ............................................................................................... 14

2. Mélangeur statique ........................................................................................................................ 14

3. Mélangeur dynamique ................................................................................................................... 15

V. Conception ............................................................................................................................................. 16

A. Présentation du système ................................................................................................................... 16

B. Mélange des deux polymères ........................................................................................................... 17

1. Chauffage de la chambre ............................................................................................................... 17

1. Choix des matériaux : arbre mélangeur ........................................................................................ 17

2. Choix des matériaux : support/buse ............................................................................................. 18

C. ƵŝĚĂŐĞĞŶƌŽƚĂƚŝŽŶĚĞů͛ĂƌďƌĞŵĠůĂŶŐĞƵƌ ....................................................................................... 18

1. Etude des roulements .................................................................................................................... 18

2. Choix des matériaux : logement des roulements ......................................................................... 21

D. Etanchéité du système ...................................................................................................................... 21

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 3 sur 33 15/02/2017

1. Fonctionnement du système ......................................................................................................... 21

2. Choix des matériaux : joint plat, joint à quatre lobes et chapeau ............................................... 22

E. Choix du moteur ................................................................................................................................ 22

F. ƌĂŶƐŵŝƐƐŝŽŶĚĞůĂƉƵŝƐƐĂŶĐĞĚƵŵŽƚĞƵƌǀĞƌƐů͛ĂƌďƌĞ ...................................................................... 22

G. Adaptation de la nouvelle tête sur le support .................................................................................. 22

VI. Conclusions ........................................................................................................................................ 23

VII. Références .......................................................................................................................................... 24

VIII. Annexes .............................................................................................................................................. 25

A. Plan n°1 : Assemblage tête mélangeuse ........................................................................................... 25

B. Plan n°2 : Arbre mélangeur ............................................................................................................... 26

C. Plan n°3 : Arbre mélangeur bis .......................................................................................................... 27

D. Plan n°4 ͗ŚĂƉĞĂƵĚ͛ĠƚĂŶĐŚĠŝƚĠ ....................................................................................................... 28

E. Plan n°5 : Logement des roulements ................................................................................................ 29

F. Plan n°6 : Support/Buse ..................................................................................................................... 30

G. Plan n°7 : Plaque support .................................................................................................................. 31

H. Roulement à billes SKF 624 ............................................................................................................... 32

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 4 sur 33 15/02/2017

II. Introduction

La ĨĂďƌŝĐĂƚŝŽŶĂĚĚŝƚŝǀĞƉĂƌů͛ŝŵƉƌĞƐƐŝŽŶĞŶϯĚŝŵĞŶƐŝŽŶƐŶŽƵƐƉĞƌŵĞƚĂƵũŽƵƌĚ͛ŚƵŝĚĞƌĞƉƌŽĚƵŝƌĞde très

nombreux produits. D͛ƵŶƐŝŵƉůĞƉŽƌƚĞ-ĐůĞĨƐũƵƐƋƵ͛ăůĂƌĞƉƌŽĚƵĐƚŝŽŶĚ͛ƵŶĞŵĂŝƐŽŶĞŶŐƌĂŶĚĞƵƌŶĂƚƵƌĞ͕

en passant par une arme à feu fonctionnelle, il est possible de tout reproduire avec une imprimante 3D.

Tout ? Non pas vraiment ! ͛ƵŶdes grands challenges des années à venir sera de réussir à reproduire des

organes humains, en parfait état de fonctionnement, afin de pouvoir faire des opérations dessus et

pourquoi pas, un jour, réussir à les implanter sur des patients en attente de greffe.

Dans cet objectif, un pƌŽũĞƚĚ͛ĠƚƵĚŝĂŶƚĂĠƚĠůĂŶĐĠă ů͛ĠĐŽůĞŽůLJƚĞĐŚŶŝƋƵĞĚĞů͛ƵŶŝǀĞƌƐŝƚĠĚĞ Tours. Son

but est de réussir à reproduire des organes humains qui seront destinés aux étudiants en médecine afin

Ě͛ŝŵƉƌŝŵĞƌ une pièce ăŐƌĂĚŝĞŶƚĚĞĚƵƌĞƚĠ͕Đ͛ĞƐƚ-à-ĚŝƌĞĚŽŶƚůĂĚƵƌĞƚĠǀĂƌŝĞĚĂŶƐů͛ĞƐƉĂĐĞ͘

Le département informatique industriel a donc acheté une imprimante 3D par dépôt de matière et nous

a confié la mission de concevoir un système permettant de répondre à ce besoin. Il nous est donc imposé

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 5 sur 33 15/02/2017

III. Cahier des charges

A. Analyse du besoin

1. ŝƐĞĞŶĠǀŝĚĞŶĐĞĚƵďƵƚĚĞů͛ĠƚƵĚĞ

2. ŽŶƚƌƀůĞĚĞǀĂůŝĚŝƚĠĚƵďƵƚĚĞů͛ĠƚƵĚĞ

Pourquoi le besoin existe-il ?

Le produit existe pour permettre aux étudiants en chirurgie de Ɛ͛ĞŶƚƌĂŠŶĞƌĞŶƉƌĂƚŝƋƵĂŶƚĚĞƐŽƉĠƌĂƚŝŽŶƐ

Ƶ͛ĞƐƚ-ce qui pourrait faire évoluer ce besoin ?

ǀŽůƵƚŝŽŶĚĞůĂŵĂƚŝğƌĞƉƌĞŵŝğƌĞƉĞƌŵĞƚƚĂŶƚů͛ŝŵƉƌĞƐƐŝŽŶϯ͕ĂƉƉĂƌŝƚŝŽŶĚ͛ƵŶ nouveau matériau pour la

fabrication additive. Ƶ͛ĞƐƚ-ce qui pourrait faire disparaître ce besoin ?

ƌĠĂƚŝŽŶĚ͛ƵŶŶŽƵǀĞĂƵƐLJƐƚğŵĞƉĞƌŵĞƚƚĂŶƚƵŶĞƌĞƉƌĠƐĞŶƚĂƚŝŽŶĚĞƐŽƌŐĂŶĞƐĂǀec une qualité supérieure.

ĞďƵƚĚĞů͛ĠƚƵĚĞĞƐƚĞdžƉƌŝŵĠ͕ĐĂƌĂĐƚĠƌŝƐĠĞƚǀĂůŝĚĠ͘II est donc maintenant possible de procéder à

Figure 1 - Diagramme bête à corne

Etienne Sill 5A DMS

Benjamin Cazal Page 6 sur 33 15/02/2017

B. Analyse fonctionnelle

1. Phase et cycle de vie du produit

Cette partie décrit les différentes phases par lesquelles notre produit passe. Figure 2 - Graphe des différentes phases du produit Ensuite, nous tracerons les graphes des interactions (diagramme pieuvre) pour chacune de ces phases

de vie afin de connaître toutes les interactions entre nos produits et son entourage. Cela nous permettra

2. Graphes et fonctions de service

a) Phase de conception Figure 3 - Graphe APTE de la phase conception du produit

N° Expression Critère Niveau Flexibilité

Fc 1.1 Utiliser les moyens matériels

disponibles

Nombres de

moyens шϭ F0

Fc 2.1 Utiliser les moyens humains

disponibles

Nombres de

quotesdbs_dbs2.pdfusesText_2
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