Art Sciences 2024/2025 E3

Projet

Cette pièce aborde les rapports entre machines, humains et animaux. L'intention est de détourner les comportements, manipuler les interactions, jouer et mélanger les rôles entre ces espèces. Avec naïveté, l'objectif est de démontrer une possible cohabitation affective entre ces êtres vivants et non vivants.

Cette réalisation "Rexline" est une sculpture animée : un micro-onde installé sur quatre pattes mécanisées en bois, PLA et résine, alimentées par un moteur de lève vitres de voiture. . L'objectif du projet est de transformer ce micro-ondes en un robot capable de se déplacer. Pour cela, tous les composants internes non essentiels seront retirés, afin de libérer de l'espace pour intégrer des éléments mécaniques tels que des moteurs, des arbres, des pignons et des bielles. Cette pièce aborde les rapports entre machines, humains et animaux. L’intention est de détourner les comportements, manipuler les interactions, jouer et mélanger les rôles entre ces espèces. Avec naïveté, l’objectif est de démontrer une possible cohabitation affective entre ces êtres vivants et non vivants.

Partie Technique

Mécanisme global

Cette réalisation est une sculpture animée : un micro-onde installé sur quatre pattes mécanisées en bois, alimentées par un moteur de lève vitres de voiture. Le mécanisme des pattes et de leurs mouvements repose sur un axe excentrique, qui entraîne la rotation d'un premier pivot d'une bielle en forme de "Y". Cette bielle est également connectée, via un pivot, à une autre bielle en forme de "I". Ce système permet de reproduire le mouvement d'un pas de type "chien". Les pattes opposées sont décalées de 180° l'une par rapport à l'autre, grâce à leur liaison avec le même arbre relié au système excentrique.

Simulation numérique du système de mouvement des pattes

CAO vue d'ensemble de système des pièces à imprimer

Cet arbre est mis en rotation par un engrenage qui le connecte à un arbre fuselé, lui-même relié à l'axe rotatif du moteur. La synchronisation entre les pattes avant et arrière est assurée par des poulies fixées aux arbres, reliées par une courroie qui transmet la puissance.

Ensemble des pièces et leurs connexions

L'assemblage des pièces, principalement fabriquées en PLA par impression 3D ou en résine, a représenté une étape particulièrement chronophage dans notre projet. Les deux arbres s'emboîtent l'un dans l'autre et sont maintenus ensemble par deux goupilles, qui servent également à fixer le pignon sur l'arbre. Cet arbre mesure au total 480 mm de longueur et est relié au châssis, réalisé en contreplaqué, à l'aide de roulements à billes.

CAO de la partie 1 de arbre

CAO de la partie 2 de arbre

CAO du pignon arbre

Les plaques de contreplaqué ont été découpées pour épouser la structure métallique du micro-ondes et permettre l'intégration des différents éléments aux emplacements précis, tels que les roulements à billes, la plaque supérieure, le moteur, et surtout l'espace dédié au mécanisme avec des zones de fixation. Ces plaques ont été percées à l'aide d'une perceuse à colonne et découpées avec une scie à bois. Les roulements à billes ont été choisis pour s'ajuster parfaitement aux arbres, puis fixés par collage dans les plaques de contreplaqué.

À l'extrémité de l'arbre, un pivot excentrique est fixé par serrage et collage. Ce pivot est à l'origine du mouvement des pattes du micro-ondes. La bielle en forme de "Y" se connecte à ce pivot par une liaison pivot, maintenue en place grâce à une rondelle et une vis M5. La seconde branche de la bielle en "Y" est connectée, également par une liaison pivot, à une bielle en "I". Cette dernière est fixée au contreplaqué via une pièce de fixation. Ce mécanisme se répète pour chacune des quatre pattes.

CAO pièce Excentrique

CAO pièce bielle forme Y

CAO pièce bielle forme I

CAO pièce pivot bielle

Le moteur est fixé sur la plaque supérieure, et un arbre fileté lui est relié. Ce dernier reçoit le pignon du moteur, qui est fixé par serrage. La transmission entre les deux arbres (avant et arrière) pour les pattes avant et arrière est assurée par deux poulies fixées sur chaque arbre et une courroie de pas métrique de 2,5 mm et de largeur 6 mm.

CAO du pignon moteur

CAO de poulie

Fabrication des pièces

Poulies en résine

La fabrication et les modifications ont été très variées pour ce projet. La majorité des pièces ont été réalisées en PLA à l’aide d’imprimantes 3D, incluant de longues impressions comme les arbres, qui ont nécessité 1 jour et 3 heures. Les pièces demandant une grande précision, telles que les poulies, ont été imprimées en résine afin de garantir une précision optimale entre les pas et d'éviter que la courroie ne saute.

Les bases du robot, comme mentionné précédemment, ont toutes été fabriquées en contreplaqué d'une épaisseur de 2,5 cm. La bielle en forme de "Y" a également été réalisée en contreplaqué, par souci de simplicité et par manque de temps.

La plupart des pièces ont nécessité des modifications, notamment au niveau de leurs alésages, qui présentaient des défauts dus aux impressions. Des étapes de ponçage et de limage étaient donc indispensables pour les ajuster correctement.

Un aspect important du projet a également été de conserver l’aspect visuel d’un micro-ondes. Pour cela, les plaques de tôle, représentant l'enveloppe extérieure du micro-ondes, ont été pliées et percées pour permettre le passage des arbres de chaque côté, tout en préservant une esthétique fidèle à l'appareil d'origine.

Enfin, certaines pièces ont été achetées directement, telles que les goupilles, l’arbre fuselé, les vis à bois et la courroie. Ces éléments ont permis de compléter les pièces fabriquées sur mesure et d’assurer le bon fonctionnement du mécanisme.

Etapes de réalisation

Jour 1

Ossature Micro-Onde

Le premier jour, nous avons commencé par échanger afin de déterminer les étapes de réalisation du projet. Suite à nos discussions, le matériel disponible ainsi qu’une première visualisation 3D du mécanisme, nous avons conçu de nombreux croquis et prises de mesures. Nous avons ensuite démonté le micro onde afin d’en extirper sa coque, sa carcasse. Grâce à cette étape, nous avons pu observer et constater la place disponible afin d’introduire l’entièreté du mécanisme et son moteur. Nous avons pû réaliser une simulation dynamique afin de trouver le mécanisme permettant d'effectuer la "marche". La seconde partie de la journée a été consacrée aux plans 3D ainsi qu’à la réalisation des pièces sur logiciel afin de pouvoir les imprimer par la suite en PLA et résine via les imprimantes 3D mais aussi à faire les choix des pièces à acheter pour la suite du projet.

Conception des pièces pour impression

Pour valider le bon fonctionnement du mécanisme modélisé sur le logiciel, il a également fallu prendre en compte plusieurs facteurs. Les déformations dues aux impressions 3D, ainsi que les écarts entre les diamètres théoriques et ceux réellement obtenus, ont dû être pris en considération. De plus, les incertitudes liées à la découpe du contreplaqué, qui nous sert de plan fixe, pouvaient modifier la position de certaines pièces dans l’espace, comme le moteur, et, par conséquent, celle de l’arbre moteur et du pignon moteur.

Pour surmonter ces défis, un référentiel a été défini : l’arbre situé à l’avant du micro-ondes a servi de base pour aligner les éléments critiques. La seule contrainte imposée au départ était les dimensions extérieures du micro-ondes, ce qui a guidé l’intégration du mécanisme tout en respectant l’enveloppe initiale.

Nous avons donc effectué l’ensemble des mesures en intégrant des marges d’incertitude, ce qui nous a permis de procéder le lendemain à la découpe des plaques en contreplaqué ainsi qu’à l’impression 3D des pièces nécessaires.

Jour 2

Le deuxième jour s’est déroulé sur les deux sites universitaires : l'ESA à Tourcoing et Polytech Lille.

L'objectif principal était de répartir les tâches afin d'assurer la fabrication complète de la structure et du mécanisme, incluant l’impression des pièces nécessaires.

Sur le site de l’ESA de Tourcoing, l’objectif était de meuler l’intérieur du micro-ondes pour optimiser l’espace disponible. Nous avons également pris des mesures pour le contreplaqué, qui a ensuite été découpé et meulé afin de créer des parois, des plaques de fixation et une bielle en forme de "Y". Ces plaques, servant de châssis à l’intérieur du micro-ondes, soutiennent le mécanisme. Les parois originales du micro-ondes, trop fines, n’auraient pas été suffisamment solides pour contenir le mécanisme des engrenages, des arbres, ou le moteur.

Sur le site de Polytech Lille, le travail s’est concentré sur l’impression des pièces. Nous avons utilisé le logiciel Cura pour répartir les impressions sur plusieurs imprimantes 3D afin d’optimiser le temps disponible, compte tenu de la durée limitée du projet. En tout, plus de 20 pièces de grande taille (dont certaines mesurant jusqu’à 240 mm, comme une partie d’un arbre) devaient être imprimées. Les impressions ne devaient pas échouer, mais nous avons tout de même rencontré des imprévus, notamment une coupure de courant, ce qui a retardé la création de certaines pièces et repoussé l’étape d’assemblage.

Des impressions en résine ont également été réalisées pour les pièces nécessitant une plus grande précision, comme les poulies. Le PLA aurait pu manquer de précision et compromettre une bonne connexion entre les deux arbres (avant et arrière).

Le grand nombre de pièces et leur complexité nous ont conduits à concentrer nos efforts sur l’impression d’une seule patte du micro-ondes. Cela nous a permis de nous focaliser, lors des deux derniers jours, sur le montage, les réglages des imprévus, et le fonctionnement de cette patte. L’objectif était de présenter un système fonctionnel et démonstratif lors de la présentation finale.

Jour 3

Pignon moteur fixé à l'arbre moteur

Le troisième jour a permit de réunir durant la matinée les pièces réalisées durant le jour 2.

Nous avons procédé au post-traitement des pièces en PLA afin de les assembler, d’identifier les erreurs, et d’évaluer les ajustements nécessaires sur les pièces en contreplaqué. Après plusieurs modifications de certains éléments, comme la réduction de longueurs ou l’augmentation des diamètres des trous, nous avons pu créer des fixations par serrage, notamment pour le pignon moteur avec son arbre fileté ou les poulies.

Une fois ces ajustements réalisés, nous sommes passés à l’assemblage des pièces dites "mécaniques" et de la structure en contreplaqué. Pour cela, nous avons utilisé de la colle, notamment pour fixer les roulements à billes entre l’arbre et les plaques, ainsi que pour assembler les différentes plaques entre elles. Cela nous a permis d’obtenir la structure intérieure voulue, capable de soutenir l’ensemble du système.

Fixation des arbres avec les paroies latérales

Le mécanisme a été installé avec succès et sera prochainement alimenté par un moteur 12V. Pour conclure, cette expérience a permis une nouvelle compréhension de la mécanisation d’objet afin de les insuffler dans le domaine de l’art contemporain. De plus, cet échange aura révélé l’importance des collaborations inter disciplines afin d’étendre les possibilités de créations artistiques.

Assemblage des parties en PLA sur la base en bois