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La page recueil technique n'est pas chronologique. Elle décrit les différents aspects du projet (ex: partie méca, électronique...). C'est un recueil de connaissances qui doit donc contenir toutes les informations techniques concernant le projet (planning, calculs, dimensionnement, choix...). Cette page est notamment destinée aux élèves qui vont reprendre le projet l'année suivante, les informations doivent donc être faciles à trouver sur la page. Vous trouverez, dans l'ordre:
- Une description du fonctionnement des trois parties de la machine: le broyeur, le mélangeur et l'extrudeuse
- Une version simplifié du Cahier des Charges
- Une précision des matières que nous allons recycler dans notre machine
1. La mécanique du système :
1. La mécanique du système :
Une fois introduits dans la machine, les matériaux effectuent un parcours en trois étapes :
Une fois introduits dans la machine, les matériaux effectuent un parcours en trois étapes :
La broyeuse
La broyeuse
Le broyeur réduit les sources de plastique en petite pastille (~5 mm de diamètre). Il est lui-même constitué de 4 parties:
Le corps du broyeur
Il est constitué de la caisse où est broyé le plastique, et des lames du broyeur. Il comporte 3 parties : une en métal, une en plexiglass et une en bois faite par découpe laser ainsi que d'un casier pour récupérer les copeaux de palstique.
Le moteur et le réducteur
Pièce cruciale, il sert à entraîner l'axe du broyeur. C'est un motoréducteur de 1kW qui tourne à 50 tr/mn. Le réducteur a un rapport 1/30.
Les roues dentées
Ces roues provienne d'une broyeuse de papier. Il s'agit de deux rangées de 15 roues d'environ 3com de diamètre. Elles permettent de broyer les bouteilles de plastique en copeaux.
Les engrenages
Ils permettent aux deux axes de roues de tourner dans des sens opposés. Au début faits en plastique par impression 3D, pour des questions de solidité ils devront être réalisés en métal.
Le mélangeur
Le mélangeur
Le mélangeur sert à obtenir une matière homogène à partir des copeaux de plastique sortis du broyeur et de la poudre de matériaux de récupération. Il s'agit d'un mélange solide et à froid. Une matière homogène favorise la bonne extrusion du mélange
Le corps du mélangeur
Le mélangeur est constitué d'un tambour muni d'une trappe sur le dessus qui permettra d'insérer les matériaux. Le tambour tournera à la vitesse induite par le moteur. Les pales à l'intérieur du tambour assure le mélange et l'homogénéisation de la matière.
Abandon de l'idée
Cette pièce ne figurera pas dans notre projet cette année. Le mélange des pièces se fera manuellelement pour le démarrage du projet. Le mélangeur n'est en effet pas une priorité pour le projet et nous ne savons pas si nous en aurons besoin.
L'extrudeuse
L'extrudeuse
L'extrudeuse sert à transformer les pastilles du broyeur en fil à imprimante 3D. La création du fil se fait par fusion-compression : le plastique est à la fois fondu et comprimé, afin d’obtenir un résultat homogène. Elle est constituée de 2 parties:
Le moteur et le réducteur
Le moteur entraine le foret dans un mouvement rotatif
- 1400 tr/min
- 1,1 kW
Le réducteur a un rapport 1/30.
La vis d'extrusion
Cela coutait trop cher, nous avons decidé d'aceter un foret.
Le tube principal
Le tube principal comporte une enveloppe extérieure, un isolant et une enveloppe intérieure qui continet le foret.
Le support
Il y en a deux types :
- Un support pour le tube qui est constitué de deux plaques de métal soudées sur le tube
- Un support en bois pour tenir la trémie au dessus du tube
La buse
Il s'agit d'un porte buse fixée au tube et d'une buse visée à ce porte buse. la buse est en fait une vis que nous avons percé pour que le trou fasse 5mm de diamètre.
La trémie
Elle permet d'insérer les copeaux de plastique dans la vis à extrusion.
Fabirquée dans l'atelier avec une plaque d'aluminium.
Schéma cinématique de l'extrudeuse :
Schéma cinématique de l'extrudeuse :
L'enrouleur
L'enrouleur
La dernière étape de l'extrusion consiste à pouvoir enrouler le fil qui vient d'être extrudé à une vitesse constante et sans l'abimer.
La bobine
La bobine sous l'effet des moteurs se déplace en translation rectiligne et tourne sur elle même.
Le fil s'enroule autour de la bobine et a le temps de durcir en un aller retoutr de la bobine. Une deuxième couche de fil se superpose alors à la première.
Les moteurs
Le premier moteur permet la transaltion :
- moteur pas à pas
Le second moteur permet la rotation
- moteur pas à pas
Nous n'avons pas eu le temps de mener à bien ce projet mais la partie électronique a été bien avancée (voir dans la partie "électronique du système" ci-dessous
Schéma cinématique de l'enrouleur :
Schéma cinématique de l'enrouleur :
2. L'Électronique du système
2. L'Électronique du système
L'armoire électrique
L'armoire électrique
Elle rassemble les composants suivants :
- Interrupteur différentiel (protège les personnes des fuites de courant)
- Disjoncteurs (protège les installations des surcharges)
- Arrêt d'urgence pour l'ensemble des éléments du système
La broyeuse
La broyeuse
Contacteur
Cette pièce comporte des risques pour la sécurité des utilisateurs. Le plus important des risques étant que la main de l'utilisateur passe dans l'entonnoir et soit blessée par les lames.
Pour cela l'entonnoir sera fermé par un couvercle et un contacteur coupera l'alimentation du moteur si ce couvercle n'est pas fermé.
L'extrudeuse
L'extrudeuse
Carte nucléo 1
La valeur de la vitesse souhaitée par l'utilisateur est transmise au variateur de vitesse par une carte nucléo codée en C++ à partir de la consigne sélectionnée par l'utilisateur par l'intermédiaire de boutons poussoirs.
Motoreducteur (partie branchement électrique)
Elle transmet la puissance nécessaire aux moteurs à partir de la consigne reçue depuis la carte nucléo.
IHM
Permet de saisir la vitesse de rotation de la vis souhaitée.
Permet d'inverser la rotation de la vis si la machine est bloquée.
Variateur de vitesse
Fait varier la vitesse moteur à partir des consignes provenant de la carte nucléo.
transforme l'alternatif monophasé du secteur en alternatif triphasé pour le moteur
Prise triphasée
Situé au dessus de 'armoir électrique
Les élements du système chauffant
Les élements du système chauffant
Régulateur
L'utilisateur entre une valeur de température sur lé régulateur. La température réelle est mesurée par un thermocouple qui transmet la valeur au régulateur. Le régulateur transmet la consigne à envoyer au bloc de puissance en fonction de l'écart entre la température réelle et la température exigée. Cela permet un bon asservissement de la température des colliers chauffants.
Relai de puissance
Module la puissance électrique envoyée aux colliers chauffants
Colliers chauffants
Ils sont placés autour du tube qui entoure la vis extrudeuse et ils chauffent ce tube à la température indiqué au régulateur.
Thermocouples
Mesurent la température de la vis extrudeuse et l'envoie au régulateur.
L'enrouleuse
L'enrouleuse
Carte nucléo 2
Calcul la vitesse de roatation des deux moteurs pas à pas à partir la vitesse de roation de l'extrudeuse (les deux cartes nucléo communiquent)
Les dimensions du fil et de la bobine doivent être pré remplies sur la carte.
Carte de puissance
Elle transmet la puissance nécessaire aux moteurs à partir de la consigne reçue depuis la carte nucléo.
Moteur pas à pas 1
Fait tourner une vis qui par un système vis/écrou permet de faire translater la bobine autour de laquelle s'enroule le fil.
Moteur pas à pas 2
Permet de faire tourner la bobine.
Capteurs de fin de course
Mesure la fi de course du chariot transportant la bobine et renvoie les informations à la carte nucléo.
3. Cahier des charges :
3. Cahier des charges :
Il y a 5 fonctions principales. Chacune d'entre elles est représentée par l'un des blocs ci-dessous.
Acquérir les paramètres choisis par l'utilisateur
Acquérir les paramètres choisis par l'utilisateur
- Acquérir la température du mélange (IHM, carte électronique, afficheur 7 segments, code informatique).
- Acquérir la durée du mélange (idem pour les solutions techniques).
Insérer les matériaux
Insérer les matériaux
- Broyer le plastique (broyeur).
- Filtrer le mélange (tamis).
- Recueillir les matériaux (entonnoir).
Mélanger les matériaux
Mélanger les matériaux
- Chauffer les matériaux (boucle d'asservissement en température avec capteur et résistance chauffante).
- Mélanger la pâte (moteur, réducteur, bras mécanique).
- Refroidir la pâte (même boucle d'asservissement en température ).
Mettre en forme le fil
Mettre en forme le fil
- Chauffer les matériaux (cf bloc précédent).
- Evacuer le fluide intermédiaire (vis extrudeuse, tube d'extrusion, moteur).
- Imposer une forme à la section (asservissement du diamètre du fil, buse interchangeable, caméra CDD optique).
Enrouler le fil
Enrouler le fil
- Refroidir le fil en sortie de l'extrudeuse
- Conserver la forme et les propriétés du fil
- L'enrouler autour d'une bobine prête à l'emploi pour une imprimante 3D
4. Matières à recycler:
4. Matières à recycler:
L’objectif de cette machine est de pouvoir recycler du plastique et des matières issues de la destruction des bâtiments, à la demande de notre cliente. Il faut cependant définir précisément les matières que nous allons introduire dans notre machine.
Différents types de plastique recyclé
Différents types de plastique recyclé
Il existe une large variété de matières plastiques. A titre d’exemple, le plastique des bouteilles d’eau et celui des bouchons n’est pas le même, et ils n’ont pas les mêmes propriétés. Ils ne peuvent pas être recyclés ensemble donc il faut faire attention à ne pas tout mélanger.
Les plastiques que nous allons utiliser vont être issus d’imprimante 3D : objets désuets ou rebuts que nous souhaitons refondre pour les destiner à un nouvel usage.
Les principaux plastiques utilisés dans l’impression 3D sont :
PLA
PLA
- Un bio-plastique issu généralement d’amidon de maïs, entièrement biodégradable en conditions industrielles
- Servir à fabriquer les sacs plastiques biodégradables
ABS
ABS
- Un polymère thermoplastique présentant une bonne tenus aux chocs, relativement rigid, léger et pouvant être moulé
- Servir à fabriquer un grand nombre d’objets, comme par exemple les boîtiers d’ordinateur, les cafetières ou les Lego
PET
PET
- Un plastique de type polyester saturé, par opposition aux polyesters thermodurcissables
- Servir à fabriquer les bouteilles en plastique
PE
PE
- Un polymère thermoplastique, translucide, chimiquement inertie, facilement à manier et résistant au froid
- Servir à fabriquer les bouteilles de lait ou les bouchons
Granulométrie pour les charges minérales
Granulométrie pour les charges minérales
Le deuxième matériau qui va être inséré dans l’extrudeuse est un produit issu de la destruction des bâtiments. La cliente nous en a proposé plusieurs et nous avons retenu la poudre de brique.
Définition de la granulométrie: Elle désigne la mesure de la taille des particules élémentaires qui constituent les ensembles de grains que nous allons récupérer.
La cliente souhaite que notre machine puisse recycler du limon, du sable mais aussi des gravillons. Voilà l’ordre de grandeur de la taille d’une particule élémentaire pour chaque granulométrie:
Limon
Limon
- Une roche meuble constitué de débris très fins de quarz, de mica et de feldspath
- Ordre de grandeur de la taille: 10 µm
Sable
Sable
- Un matériau granulaire constitué de petites particules provenant de la désagrégation de matériaux d'origine minérale (essentiellement des roches) ou organique (coquilles, squelettes de coraux...)
- Ordre de grandeur de la taille: 100 µm
Gravillons
Gravillons
- Un produit d'un triage d'une roche concassée ou d'un gravier
- Ordre de grandeur de la taille: 1 mm
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