Recyclo-plastique

Recyclo-plastique - Donner une seconde vie aux débris plastiques !

Bienvenue sur le site de notre projet Mécatronique : le Recyclo-plastique. Ce projet a pour but de revaloriser les déchets plastiques en tout genre, notamment liés à l'impression 3D, afin d'obtenir en sortie de la matière plastique réutilisable.

Elèves de l'école des Mines de Paris, nous travaillons avec Anna Saint-Pierre, doctorante de l'école des Arts décoratifs de Paris.

Les attentes pour notre projet sont les suivantes :

• Nous souhaitons pouvoir utiliser une large gamme de plastique différent en matière et en forme.

• Pour obtenir une matière aux propriétés variées, nous ajoutons une charge minérale à notre plastique recyclé, en proportion variable. Il faut pouvoir contrôler l'ajout de minéraux en entrée de la machine.

• Enfin, nous cherchons à obtenir en sortie une bobine de fil plastique avec les bonnes propriétés pour pouvoir être réutilisée comme cartouche d'imprimante 3D.

• En parallèle, nous étudions la possibilité de mouler des briques de plastique en sortie à la place, afin de construire des cloisons ou murs.

La technologie actuellement utilisée est la fonte du plastique et charge minérale dans une extrudeuse, c'est à dire une vis sans fin dans un tube entouré de bague chauffante. Le mélange initial est introduit en amont du tube, puis chauffé et fondu avant de sortir sous forme d'une pâte chaude à travers une buse de l'autre côté de l'extrudeuse.

1. Broyage du plastique

Cette année, nous avons concrétisé le système de broyage de plastique déjà conceptualisé l'an dernier. Ce système est nécessaire pour réaliser nos tests sur le reste du système : il nous permet d'obtenir de fins copeaux de plastique à partir de déchet comme des bouteilles en plastique.

Le broyeur est constitué de dents mobiles autour d'une axe entrainée par un moteur asynchrone. Les dents viennent cisailler le plastique sur une partie fixe appelé "peigne". Ces dents fixes sont des rectangles acérés encastrés sur la boite qui fait office de bâti. Sous cette boite est fixé un tamis qui permet de ne récupérer que de petites pièces de plastique broyé. Les plus gros bouts sont raclés par les dents mobiles pour un second cisaillement.

Ces dernières semaines, nous avons donc commandé les pièces en acier, les dents, pour pouvoir réaliser les premiers essais de broyage. Les dents doivent être assez fines pour le découpage mais assez épaisses pour avoir assez de puissance lors du découpage. Il a fallu également trouver une solution pour fixer l'axe des dents avec celui du moteur. Pour une bonne transmission de puissance, nous avons opté pour une âme de moteur hybride entre plastique et aluminium. Enfin, nous avons construit la structure du broyeur, la boite en plexiglass, et lancé la conception de la fixation du tamis.

2. Extrudeuse

L'extrudeuse est un système de fonte de de mise en forme de plastique. Le long d'un convoyeur on pousse le plastique broyé puis on le chauffe pour l'amener à la température de fusion. Arrivé en bout d'extrudeuse, il est mis sous pression et est mis en forme à l'aide d'une buse. On le récupère alors et on peut le bobiner.

Cette année nous avons revu et amélioré le concept de l'extrudeuse, nous l'avons amélioré sur la base de 3 constats. Le chauffage n'était pas optimal et peu contrôlable, le mécanisme n'étais pas adapté pour une extrusion sous pression et enfin il y'avait un manque flagrant de sécurité pour cette machine tournante. Pour les deux derniers points nous avons redesigné la machine en la rendant plus robuste et mieux usinée, en permettant aussi de démonter l'axe pour le nettoyer. Nous avons adapté le système électrique pour le mettre aux normes. Enfin nous avons modifié la disposition des résistances sur la base d'études thermiques pour adapter la chauffe à un besoin d'extrusion.

Une fois la nouvelle extrudeuse mis en marche nous avons pu commencer la phase de test qui permet de déterminer empiriquement les conditions optimales à l'extrusion d'un fil adapté.

3. Bobinage

Là-aussi, avec l'étape du bobinage, nous avons concrétisé ce que l'équipe travaillant sur le projet en 2018 avait brièvement conceptualisé afin d'enrouler le fil produit par l'extrudeuse autour d'une bobine.

Le principe du bobinage s'appuie le trancannage, qui consiste à enrouler un fil autour d'une bobine tout en procédant à un décalage du fil pour ne pas qu'il ne soit enroulé que d'un côté de la bobine. La bobineuse est donc constitué d'un système permettant de faire translater horizontalement le fil et d'un système permettant de faire tourner la bobine sur elle-même. Le fil est ainsi guidé de façon à ce qu'on obtienne un bobinage "uniforme".

Pendant la durée du projet, nous avons donc récupéré dans le laboratoire les éléments qui nous seraient utiles pour réaliser la bobineuse, à savoir une plateforme de translation (ou plateforme de guidage), une bobine placée sur un support, un moteur pas à pas et un driver pour ce dernier, tous deux utilisés pour la plateforme de guidage. Nous avons également commandé les autres éléments nécessaires pour faire tourner la bobine (moteur à courant continu, driver adapté et un codeur incréments rotatif) où l'enjeu était d'aboutir à un enroulement du fil sans le casser (et donc sans exercer sur lui lors de l'enroulement un effort trop important ou au contraire un effort pas assez important donnant un enroulement lâche).

Nous sommes ensuite passés à l'assemblage de chaque sous-système constituant la bobineuse (le moteur pas à pas/driver avec la plateforme de guidage et le moteur à courant continu/driver/codeur incrémental avec la bobine).

La dernière étape à effectuer pour obtenir une bobineuse est d'assembler ensemble les deux sous-systèmes (décrits précédemment) et de les synchroniser pour obtenir le mouvement voulu pour le fil.

Nous sommes ainsi parvenus cette année à reprendre et finaliser les travaux de conceptions de l'équipe de l'année dernière, en ajustant des parties dangereuses ou pas assez efficaces. Nous avons également pu commander les pièces et entamer la construction du Recyclo-plastique, afin de réaliser de premiers tests de bon fonctionnement. Cependant, à cause du confinement, nous ne sommes pas parvenus à effectuer un test général en synchronisant les systèmes. Il reste aussi beaucoup de test d'optimisation à réaliser mais la maquette dans son ensemble est tout de même achevée.

Nous espérons que ce projet vous a inspiré, si vous souhaitez prendre contact avec nous, n'hésitez pas à nous envoyer vos remarques à mecatro06.mines@gmail.com.

Merci de votre lecture !

Jean, Youmna, Hadrien, Vincent, Myrtille, Youri, Laura, Pierre-Adrien, Jing, et Victor