Projet de semestre E04344 Industrialisation d'une brosse à ... - EIA-FR

Projet de semestre E04344
Industrialisation d’une brosse à dents
Professeur L. Donato
Mandant M. Schwab
Etudiant I. Cereghetti
vendredi, 9. juillet 2004

Projet de semestre E04344
Industrialisation d’une brosse à dents
Come puoi vedere ci sono quasi…
Così come avresti voluto tu e come
mi hai sempre incoraggiato ad
essere.
Grazie papà
Remerciement
J’aimerait remercier M. Donato pour ces conseils et pour son aide, même si des fois
son attention était monopolisée par les appelles téléphoniques :o).
Un remerciement particulier à M. Riolo, professeur du département d’électricité, pour
son aide et son travail dans la définition du cahier de charges de l’électronique de
contrôle du moteur M. Passannante pour m’avoir introduit à la simulation MPA.
Enfin j’aimerait remercier toutes les personnes qu’on du me supporter et
m’encourager le long de ce travail, j’imagine que celle-ci a été une tache vraiment
penible pour eux !
Cereghetti Igino Page 1 09/07/2004

Projet de semestre E04344
Industrialisation d’une brosse à dents
Résumé du projet
Ce type de brosse est absolument révolutionnaire par rapport aux produits existants.
Ce qui fait gagnant ce produit est la cinématique de la brosse. Elle est la première qui
à une rotation parallèle et non perpendiculaire à l’axe du moteur.
Ceci permet une utilisation complète de la brosse ainsi que la partie efficace des
autres se trouve qu’a la périphérie de la brosse, la ou la vitesse de rotation est plus
grande.
L’alternance de la rotation de la brosse permet un brossage efficace n’importe ou et
enfin une petite translation selon l’axe de rotation de la brosse améliore encore les
résultats.
Modification apportée
La première partie sur laquelle j’ai décidé de travailler était justement la conception
du commande du moteur.
Après quelque temps on est arrivé à sortir le cahier des charges complet pour un
travail de semestre d’un collègue du département d’électricité.
Le deuxième point à traiter c’était la validation du moteur choisit, pour cela à été
nécessaire la fabrication d’un banc d’essais qui permettait le test en endurance des
moteur en simulant au mieux le fonctionnement de la brosse, donc l’inertie du
système et le couple de frottement provoqué par le contact brosse-dents.
Enfin il était aussi nécessaire de redessiner complètement la brosse, ceci pour la
concevoir des nouvelles pièces plus facilement injectables, plus simples, est aussi qui
pour présenter le produit, d’un point de vue esthétique, d’une façon meilleure.
La coque à été refaite complètement, le système qui entraîne la translation a été
changé, avant c’était un système à came, maintenant est un plan incliné en rotation
en contact avec un excentrique et un ressort qui assure le retour de l’arbre.
Résultats des tests
Les résultats obtenus sont remarquables, le test d’endurance à été bien supporté par
le moteur, un peut dire que la brosse aura une durée de vie de plus que 5 ans.
Grâce au modifications faites, la brosse est maintenant étanche, et l’injections des
pièces est, selon l’analyse faite, bien supporter.
La réduction des pièces à injecté, des contraintes imposées dans le cahier des
charges de l’électronique et une analyse plus approfondie, nous a aussi permis de
baisser les coûts de fabrication d’environ le 30%.
Conclusions
Le projet à donné des résultats très bons, toutes les objectifs ont été atteint mais il
faut encore faire du travail, notamment un étude plus approfondit des pièce à
injectées et la conception de l’électronique de commande, mais ceci sera une tache
pour les collègues électronicien
Cereghetti Igino Page 2 09/07/2004

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Industrialisation d’une brosse à dents
Table des matières
Modification apportée........................................................................................................................ 2
Résultats des tests ............................................................................................................................... 2
Conclusions ......................................................................................................................................... 2
1. Introduction...................................................................................................................................4
Le projet, ses buts et sa finalité ......................................................................................................... 4
Documentation.................................................................................................................................... 4
Planification du projet ....................................................................................................................... 4
2. Etude préliminaire ........................................................................................................................5
Cahier des charges.............................................................................................................................. 5
Définition des étapes du projet.......................................................................................................... 6
Description des fonctionnalités de la brosse..................................................................................... 7
Analyse fonctionnelle externe............................................................................................................ 7
3. Le banc d’essais.............................................................................................................................9
Fonctionnalité à accomplir ................................................................................................................ 9
Choix et solutions................................................................................................................................ 9
L’électronique de commande du moteur........................................................................................ 11
Le programme de contrôle .............................................................................................................. 11
Journal du test .................................................................................................................................. 12
Résultats de l’essais .......................................................................................................................... 12
4. L’électronique de la brosse .........................................................................................................13
Cahier des charges............................................................................................................................ 13
5. Modifications mécaniques de la brosse......................................................................................15
Etanchéité.......................................................................................................................................... 15
La coque ............................................................................................................................................ 15
Mouvement de translation............................................................................................................... 16
L’alternance de rotation .................................................................................................................. 16
Le système de changement de la brosse.......................................................................................... 16
Résultats des simulations d’injection.............................................................................................. 17
6. Automatisation de montage ........................................................................................................18
7. Prix de production.......................................................................................................................19
8. Conclusions .................................................................................................................................19
Résultats obtenus.............................................................................................................................. 19
Travail à faire pour la suite ............................................................................................................. 19
Conclusions ....................................................................................................................................... 20
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Projet de semestre E04344
Industrialisation d’une brosse à dents
1. Introduction
Le projet, ses buts et sa finalité
D’après l’étude du prototype de la brosse à dents électronique développé par
M. Boris Lanzi dans le cadre de son projet de diplôme, il est nécessaire
maintenant de valider les choix faites et de rendre le produit industrialisable.
Ceci comporte l’étude d’un banc d’essais pour tester les moteurs électriques en
endurance et pour vérifier le fonctionnement correct de l’électronique de
commande, mais aussi la conception d’une nouvelle coque qui puisse assurer
l’étanchéité du système, qui aie une meilleure injectivité et qui soit
esthétiquement plus attractive par rapport à celle existante.
Il est aussi souhaité de réduire les coûts de fabrication du 30% par rapport aux
estimation faites pendant la première étape du projet.
Les buts du projet sont donc ceux de valider le moteur, l’électronique de
commande et d’améliorer la mécanique du système. Tout ça à comme finalité
celle d’obtenir un produit industrialisable concurrentiel et adapté aux besoins
du marché.
Documentation
Comme documentation on a eu à disposition le rapport et les annexe du projet
de diplôme à M. Lanzi.
Planification du projet
Le tableau en annexe 1 représente la planification du projet qu’on c’est
proposée au début du travail. Les deux versions représentent deux situations
différents du déroulement du projet. La première on a imaginé de recevoir
toute suite les moteur à tester (ce qui a été le cas), la deuxième prévoyait un
délai de livraisons de ceux-ci importante.
Une grosse entre la prévision et les temps de réalisation est évidente dans la
conception du banc d’essai, ça c’est du surtout à la réalisation de l’électronique
de contrôle, au début on c’était plongé dans la conception d’un circuit quasidéfinitif,
mais pour finir on c’est rendu compte que ceci allé au-delà de nos
connaissances et donc pour finir on c’est limité à nous bases sur un circuit
expérimental, et on a établit le cahier des charges pour un futur projet pour les
collègues du département d’électronique.
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2. Etude préliminaire
Cahier des charges
La brosse à dents
• Rotation de la brosse autour un axe parallèle à l’axe du moteur
• Rotation alternée (t =~0.5 s pour chaque sens de rotation)
• Mouvement en translation 1-2 mm Aller-Retour
• Prix de production (~10'000 unités) < 40 CHF
Le banc d’essais
• Le banc doit permettre de tester les moteur en soumettant la rotation
sous stress (on doit simuler le contact brosse-dents).
• 10 moteur à tester simultanément
• Charge de frottement variable (1.5 – 2 N)
• Simulation de la translation et rotation de l’axe alternée
• Test d’endurance possible
• Alimentation électrique par générateur DC (ev. 2 stands pour essais avec
piles)
• Montage des composantes simple
• Prix de l’installation réduits
Industrialisation de la brosse
Le prototype actuelle nécessite de quelque correction pour permettre un
meilleur fonctionnement, des prix moins importants, une fabrication du produit
final facilement automatisable et aussi pour rendre plus agréable l’utilisation de
la brosse (redessiner la coque).
Tache à accomplir
• Eliminer l’isolation telle qu’existe actuellement
• Evaluer la solution came pour la translation de l’axe (ev. proposer des
solutions alternatives)
• Modifier la géométrie de la coque pour améliorer l’état d’injection
• Rendre plus agréable l’utilisation et dessiner une coque esthétiquement
plus captivante
• Réduire le nombre des pièces injectés, pour diminuer les coûts de
fabrication
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Contraintes
• Dimensions du moteur
• Alimentation électrique
• Durée de vie des piles (évaluer la solution d’alimentation par accus ⇒
docking station pour recharge)
• Conception précédente
Définition des étapes du projet
Réalisation banc d’essais :
Test des vitesses
Test du circuit électronique
Test de durée de vie du moteur et des batterie
Test sous stress (couple de frottement maximale)
Résultats : choix du moteur, validation de l’électronique
Premier prototype :
Test avec patients
Résultats : choix d’une ou plusieurs vitesse de confort, vérification de l’efficacité de
la brosse
Premier prototype industriel
Résultats : série zéro
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Description des fonctionnalités de la brosse
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La brosse développé par M. Lanzi à la suite d’une idée née de M. Schwab, par
rapport à toute les autres brosse à dents électriques existent sur le marché, la
particularité d’avoir la brosse parallèle avec l’axe de rotation du moteur. Ceci
représente la grande innovation, mais aussi le mouvement de la brosse est
totalement différent par rapport à tous les idée développés jusqu’à présente.
Le moteur est commandé par une électronique qui inverse toute les demi
seconde le sens de rotation de la brosse, ceci pour permettre un meilleur
nettoyage de la dent n’importe où il se trouve.
Enfin un système à plan incliné permet de produire une translation de la brosse
d’environ 2 mm.
Analyse fonctionnelle externe
Avant de démarrer un étude, comme on a vu pendant les cours, est une bonne
habitude de faire une analyse fonctionnelle du système pris en étude.
Ceci permet de voire les besoins réels et de ce concentrer sur les problèmes
les plus importantes.
Pour cette analyse on c’est basé sur celle faite par M. Lanzi mais en changeant
quelque point.
Utilisateur
FC1
Energie
FC2
FC3
FC4
Commande
Montage
FC5
Environnement
FC9
Brosse à dents
Bouche
FC8
FC7
FC6
FP1
Dents
Brosse
Normes
Figure 2.1 Analyse fonctionnelle externe brosse à dents
Cereghetti Igino Page 7 09/07/2004

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FP1: Brosser les dents d’une façon excellente
FC1: Etre confortable à prendre dans les mains
FC2 : Recevoir l’énergie électrique
FC3 : Changer facilement des moyen d’alimentation
FC4 : Utiliser sans difficultés
FC5 : Permettre un montage facile et rapide
FC6 : Respecter les normes de construction et de sécurité (matériaux,
étanchéité, etc.)
FC7 : Changer de la brosse rapidement et facilement
FC8 : Protéger la bouche des blessures etc.
FC9 : Résister à l’usure, être étanche, résister aux agents chimiques
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3. Le banc d’essais
Fonctionnalité à accomplir
Le banc d’essais serve principalement à tester la durée de vie des moteur
choisit en simulant le mieux possible les conditions de fonctionnement de la
brosse.
Le moteur sera donc soumis aux mêmes efforts auxquels sera soumis lors de
le fonctionnement de la brosse. Ses efforts se traduisent en une translation de
la masse inerte et à une couple de frottement estimée, grâce à la contribution
d’un dentiste, à celle produite par une force de poussée de 2N.
Le banc d’essais doit permettre de tester 10 moteur au même temps, en
tenant compte de la possibilité d’une surchauffe du moteur.
Le test de la durée de vie des batteries, par contre, ne sera pas exécuté à
l’aide du banc. L’idée est celle de mesurer la consommation de courant des
moteurs, ceci donnera aux électronicien toutes les informations nécessaires
pour le développement correct du système d’alimentation de la brosse.
Choix et solutions
Le banc d’essais doit juste valider le moteur et le système de translation, pour
cela on n’a pas besoin de réaliser un système compliqué, mais il doit avoir les
mêmes caractéristiques de fonctionnement de la brosse. Ça veut dire qu’il faut
avoir sur le moteur une inertie identique à celle de l’arbre et de la brosse, et
une charge sur qui peut engendrer une couple de frottement similaire à celle
provoquée par le contact brosse-dents.
Cette force de poussée à été estimée à environ 2N.
La première version était prévue avec un système de translation tel que l’avait
conçu M. Lanzi, c’est-à-dire avec une came en rotation et un doigt qui
permettait justement le mouvement.
Cette version a été laissée à côte pour deux
raisons principales. La première est une simple
raison logistique, l’atelier de l’école, n’a pas les
moyen pour réaliser la came et les réponses
ressues après des demandes de sous-traitance
était toujours négatives.
La deuxième raison est que le système ne
donnait pas trop de confiance sur son bon
fonctionnement.
Figura 3.1 - Système à came
Cereghetti Igino Page 9 09/07/2004

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On a donc décidé de passer à une solution à
plan incliné. Cette solution est sûrement plus
pratique à niveau de construction, mais
nécessite d’un ressort pour assurer toujours le
contact entre le plan incliné et l’excentrique
qui justement permet de décrire la
translation, donc d’une pièce supplémentaire
dans notre brosse à dents.
Figura 3.2 - système à plan incliné
Cependant ce petit inconvénient on a décidé d’essayer qua même le système.
Figura 3.3 - Banc d'essais
Comme on peut voire depuis l’image 3.3 le banc d’essais est très simple, le
moteur est monté sur un support, à son arbre il est collé un axe carré avec le
volant d’inertie qui fait aussi office de plan incliné, un ressort qui permet le
retourne du volant et une tête de brosse à dents qui est montée sur un autre
support qui permet d’appliquer sur le volant une couple de frottement
équivalente à celle du contact brosse-dents.
La brosse est mise en position à l’aide d’un dynamomètre avec une force
d’environ 5 fois plus grande à celle qu’on désire appliquer sur le volant.
Une vis assure enfin que la tête de la brosse reste tout au long du test dans la
position qu’on à définit.
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L’électronique de commande du moteur
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Pour pouvoir faire des essais attendibles, en n’avant pas une électronique
définitive, on a du simuler celle-ci avec des composants de laboratoire. On a
donc monter le schéma en annexe 4.
Le programme de contrôle
Pour vérifier le fonctionnement du banc est nécessaire d’avoir un petit logiciel
qui fasse ça pour nous, au moins qu’on a envie de contrôler périodiquement le
bon fonctionnement du système.
On a donc écrit ce logiciel qui, à l’aide d’une carte Entrée/Sortie permet de
vérifier l’état des capteur de contrôle du banc.
Ce logiciel est très simple, en faite est simplement un chronomètre qui
lorsqu’on le démarre il affiche la date et l’heure actuelle et attende que le
capteur ne donne plus de signe de vie, cela signifie que le moteur est à l’arrête
(d’après les test sur le logiciel l’erreur d’affichage est d’un maximum de 10
secondes, ce qui est tout a fait acceptable dans notre cas).
START
Declaration of global
Variables & Constants
Window creation
A
Reset
Push Button
Close and print
Start Test
Clear TextBox
Set Data Start
Set Test Start
Read on port (x)
Save Data
Close Program
To A
IF x = 1
END
Set Count = 0
Read on port (x)
Count +1
IF x = 1
AND
Count < 100
Set Data Stop
Set Test Stop
To A
Figura 3.1 - Algorigramme du logiciel
Le programme est en annexe 8.
Cereghetti Igino Page 11 09/07/2004

Journal du test
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Vue que le banc a été fabriqué avec un retard considérable on a décidé de ne
pas utiliser le logiciel car il fallait encore valider des capteurs de contrôle.
C’est pour cette raison qu’on a établit le journal du test. A toutes les contrôles
qu’on a fait on a marques les problèmes de fonctionnement rencontrés et les
action de correction effectuées, ou tout simplement la validation de bon
fonctionnement.
Ce journal est détaillé en annexe 4.
Résultats de l’essais
Comme on peut voire du journal quelque problème c’est manifesté pendant le
fonctionnement, c’était des problèmes mineurs mais qui on permit des
correction aussi sur la brosse.
On souhaité arriver a obtenir une durée de vie de la brosse à environs 5 ans,
avec une utilisation journalière estimée à 10 minutes ce qui est équivalent à
312 heures de fonctionnement.
C'est-à-dire que le banc devait tourner 24 heures sur 24 pendant 13 jours, ce
qui a été le cas pour le première moteur mis sous test. Il est aussi claire que le
moteur a été soumis au stress d’une façon ininterrompu, et le changement de
rotation continu est un facteur très importante sur la surchauffe du moteur.
Cette surchauffe est intervenue assez violente après quelque heure de
fonctionnement, ceci nous porte à la conclusion qu’on ne doit pas avoir des
soucis par rapport a cet aspect, mais aussi que la durée de vie du moteur,
pour une correcte utilisation de la brosse, peut donc être beaucoup plus grande
que celle qu’on atteint avec les test.
C’est claire qu’un résultat pareil ne peut pas valider le moteur, mais donne
déjà des bonnes espoir pour les prochains.
Une remarque important qu’il faut faire d’après le test et qui va concerner le
travail des électronicien est celui-ci.
Avant on avait considéré l’idée d’un alimentation avec 3 pile AAA à 1.5V, mais
en essayant le cas de 3 accumulateurs à 1.2V on a remarqué d’être à la limite
du moteurs, c'est-à-dire qu’il suffisait vraiment très peu pour faire arrêter la
rotation. C’est pour cela qu’on est passé à une solution finale de la brosse avec
4 piles, mais ceci ne doit pas être considérée une contrainte si on arrive a
trouver un système d’alimentation différent.
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4. L’électronique de la brosse
Dans ce chapitre on va illustrer le cahier des charges qu’on à établit pour les
électroniciens qui vont poursuivre le projet brosse à dents pour ce qui
concerne leur domaine.
Cahier des charges
L’électronique serve uniquement à inverser le sens de rotation du moteur !
La précision de vitesse et du temps de changement de sens de rotation est
empirique, mais ces deux paramètre est nécessaire les pouvoir modifier
pendant la phase du premier prototype de la brosse.
Taches à accomplir
• Vitesse de rotation variable pour le banc d’essais (max. 1500 tr/min)
• La rotation est inversée tous le ~0.5 s (paramètre également variable)
• Le moteur est alimenté par la tension des piles (pas de stabilisation de
tension)
• Le moteur subit un changement de polarité sec (profil de vitesse « carré »)
Contraintes
• Brosse alimentée par 4 piles du type AAA 1.5 V (ev. 3 accus 1.2 V)
• La solution avec des piles type AA et aussi envisageable mais comportera
des modification importantes de la mécanique
• Moteur DC 1.2 – 3 W
• Dimensions de la carte 26x28x1.5mm
• Prix unitaire du circuit, sur la production finale max. 8 CHF ()
Disposition du layout de la carte électronique
Vue que la mécanique de la brosse à dents est déjà à son état final la
disposition des éléments sur la carte électronique doit aussi être faite de façon
cohérente avec la conception existante. C’est surtout le cas des entrées
d’alimentation et de la sortie qui va piloter le moteur, mais c’est aussi très
importante la position et la nature de l’interrupteur de ON/OFF.
Figure 4.1 – Layout de la carte électronique (détaillé en annexe 3)
Cereghetti Igino Page 13 09/07/2004

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La figure 1, de façon très simplifiée représente la carte électronique.
On peut voire en bleu les connections pour l’alimentation et en verte les
connections pour le moteur. Ces connections seront simplement des plaquette
de soudure, les connections seront faites par des bouts de câble rigide plié
d’une façon adéquate pour éviter toutes courte circuit et pour optimiser au
maximum la place à disposition.
Sur les côtes de la plaque on a mis deux zones pas utilisables (en orange sur le
dessin). Celles-ci sont les places ou la carte sera prise en serrage par les deux
coques de la brosse à dents.
La construction de la carte n’a pas des autres contraintes, les composantes
peuvent êtres soudeur sur les deux côtes sans aucune difficulté.
La coque à un diamètre de 30 mm est la carte est encastrée entre les deux
partie qui la composent.
Des autres informations sont décrites dans l’annexe 3.
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5. Modifications mécaniques de la brosse
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Dans ce chapitre on va parler des solutions des problèmes de conception liés
directement à la mécanique. Tout ça sert aussi pour introduire le chapitre
dédier à l’étude de faisabilité d’une fabrication automatique de la brosse.
Etanchéité
Le travail fait par M. Lanzi ne prévoies pas un système pour rendre
l’électronique parfaitement étanche. C’est claire que la protection des organes
de fonctionnement est absolument nécessaire. C’est pour cela que des
modification on été faites surtout à niveau de la coque de la brosse.
Une autre modification à été faite pour éliminer l’isolation interne prévue dans
la première version. Pour éviter ça on a penser de fermer l’accès de l’eau au
bout supérieur du carter, ou il y a le système de serrage de la brosse.
La coque
Pour éviter toute problème d’étanchéité on a décidé de produire une coque
sans ouverture, comme c’était la cas auparavant. L’interrupteur est placé
directement sous une partie de coque injectée d’un polymère élastique. Ceci
évitera les infiltrations d’eau directement sur les composants électriques.
Pour cette modification il a été aussi nécessaire de changer le matériau de
constitution de la coque. Le polyéthylène prévus au début à laissé la place à
l’ABS. Ce polymère permet une meilleure injection combinée avec des autres
matériaux. Dans notre cas la touche de la brosse sera injectée en PE-LD, ce
qui permet d’avoir une pellicule fine placé juste au dessus de l’interrupteur et
qui est injectée avec le reste de la coque.
Sur le bout inférieur de la coque il y a aussi l’ouverture pour changer les piles.
Cette ouverture est fermer par un capuchon vissé et qui est garante
d’étanchéité grâce à un O-RING.
La nouvelle coque comporte aussi l’espace pour les piles déjà injecté avec le
deux pièces. Avant ce système était prévus avec un chariot qui permettait
d’insérer les piles dans la brosse, mais ceci n’était pas fonctionnel. On n’est
pas arriver comprendre comme il pouvait être fermer en conservant la
position des piles, ce qui est absolument nécessaire pour assurer l’alimentation
de la carte électronique.
Pour changer des piles, maintenant, il suffit de deviser le capuchon, enlever le
support pour les contacts électriques, sortir les piles des leurs sièges et les
substituer. Le support des contact sera aussi assez facile à éliminer si avec une
solution de fermeture du capuchon avec un serrage rapide (pas de taraudage
mais plutôt des encastrements).
Cereghetti Igino Page 15 09/07/2004

Mouvement de translation
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Le système came établi dans la première version est probablement le plus
simple système de création de la translation, mais peut être n’est pas le plus
fiable.
Pour des raisons de construction on ‘est
pas arriver à essayer cette solution, donc
le système de translation de la brosse est
devenu un système a plan incliné
(annexe 2).
Le banc d’essais à montrée une bonne
fiabilité de cette solution mais à cause du
matériau utilisé (Aluminium) et à la
continuité de l’essai l’usure de la partie
intéressée été assez brutale.
Si les test sur le premier prototype de la
brosse indiquent une usure importante
serait envisageable d’avoir des protection
en cuivre, ou bronze, pour les parties en
contact.
L’alternance de rotation
L’idée d’inverser la rotation de la brosse d’une façon mécanique à été laisser
tomber.
En effet à niveau d’investissement de temps et d’argent est probablement
mieux un simple système de contrôle électronique plutôt qu’un sûrement
moins simple système mécanique.
Donc pour cette tache on c’est limité à redéfinir le cahier des charges de
l’électronique.
Le système de changement de la brosse
Figura 5.1 - plan incliné et doigt
excentrique
L’idée du système de changement de la brosse n’a pas changé par rapport à la
première version, mais il à été changé pour être applicable à la nouvelle
brosse, c'est-à-dire maintenant est l’arbre moteur qui vient inséré dans la
brosse, et pas l’inverse.
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Ceci comporte les changements
suivants : le clavette de guidage et les
doigts de blocages sont injectés sur
l’arbre tandis que les clips de serrage
sont maintenant sur la brosse. Ce
changement à été nécessaire lorsqu’on a
adopter la solution de translation a plan
incliné. Le système comme il était avant
n’aurait pas permis le montage du
ressort.
Résultats des simulations d’injection
Figura 5.1 - système de clipage de la
b
Pour compléter le travail exécuté sur la brosse à dents on a fait des analyse
d’injection MPA. Ces analyses nous donnent un aperçu des paramètres
d’injection nécessaires.
Ces résultats ne sont pas toujours attendibles mais sont qua même nécessaire
pour lancer une analyse plus détaillée lors qu’on aura modélisé les pièces
définitives.
Les rapports des analyses sont en annexe 7 et par ces résultats on peut voir
que les pièces sont toutes injectables (les paramètres tels que la pression et la
température sont supportés des matériaux utilisés).
On peut voir que toutes les pièces, fait exception pour les deux coques, sont
bien adaptées à l’injection, la qualité d’injection est estimée suffisante. Pour la
coque est évidents que des modification sont nécessaires, on peut imaginer
qu’il faut diminuer l’épaisseur des parois pour permettre un refroidissement
plus rapide et pour éviter de conséquence des déformations inacceptables.
NB : La coque supérieure de la brosse à été analyse sans la partie en PELD,
l’analyse MPA ne permet pas de simuler une bi-injection.
Cereghetti Igino Page 17 09/07/2004

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6. Automatisation de montage
La production prévue pour cette brosse à dents est de 10'000 pièces, cette
quantité ne permet pas de faire une chaîne de montage automatique, les coûts
d’investissements serait beaucoup trop grands.
La solution pour un montage automatique serait à partir d’une production
annuelle de quelque million de pièces (voire annexe 5).
En tout cas la brosse telle qu’est maintenant est adapté à un montage rapide
et simple.
Figura 6.1 - Montage de la brosse
Si on considère que l’électronique arrive complète avec déjà le moteur soudé il
ne reste que coller l’accouplement carré sur l’axe du moteur, coller le contact
électriques dans leurs sièges, terminer de monter l’arbre de la brosse (avec le
ressort), positionner le tout dans les coques et les fermer, ce qui est facilement
exécuté, et faire une soudure par ultrasons pour garantir aux maximum
l’étanchéité et la robustesse de la brosse.
Enfin il reste a insérer les piles, le support des contacts, et visser le capuchon.
Ajouter la brosse est la dernière opération de montage à exécuter.
Cereghetti Igino Page 18 09/07/2004

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7. Prix de production
Le calcul des prix qu’on a fait (annexe 6) est le résultat d’un certain nombre
d’hypothèses, avant tout le prix de l’électronique est celui spécifié dans le
cahier des charge, mais il peut encore baissé.
Le prix de montage a été aussi estimé avec les information issues dans le
cours d’assemblages automatique donné par M. Pruvot.
Le prix des pièces injectées est aussi repris du rapport de M. Lanzi, on
considérant que le prix des moule, faite exception pour celle de la coque
supérieur, est le même. Pour la coque supérieur on à pris le prix augmenté du
50%, à cause de la bi-injection.
On admettant une production de 10000 unités on arrive, à un prix unitaire
d’une brosse égal à 41.052 CHF pour chaque unité.
8. Conclusions
Résultats obtenus
Malheureusement pour des question de temps on n’est pas arriver à valider
définitivement le moteur, mais le résultat obtenu avec le premier test à donné
des excellents résultats.
La brosse à dents cette fois semble être assez bien adaptée à l’injection, est
assurée contre les infiltrations d’eau et le systèmes de translation de la brosse
c’est démontré très fiable sur le banc d’essais.
Travail à faire pour la suite
Le projet de la brosse a dents à fait encore un pas en avant pour arriver à son
buts, mais encore des taches sont a faire avant de la voire sur les étagères des
supermarchés.
La première chose sera le travail des électronicien, le développement de
l’électronique de commande, de l’alimentation et de l’éventuel système de
recharge des piles.
Une autre tache à faire sera le test final sur les moteurs, pour le moment on a
pu voir que celui qu’on a mis sous stress à bien résisté au contrainte, mais il
ne suffit pas pour pouvoir le valider.
Pour ce qui concerne la mécanique il est encore nécessaire une analyse
Moldflow (MPI) pour l’injection des pièces. Ceci probablement ira engendrer
des ultérieures modification à niveau de la géométrie, surtout pour les deus
partie de coque.
Cereghetti Igino Page 19 09/07/2004

Projet de semestre E04344
Industrialisation d’une brosse à dents
Après que ceci sera faite on pourra voire la brosse à son états quasi-fini. Des
autres petites modification à niveau de la mécanique seront probablement à
faire, mais le travail plus importante en terme d’efforts et de temps sera celui
de préparer la documentation nécessaire pour le dépôt du brevet.
Enfin le travail du marketing, la publicité et la recherche des distributeurs pour
la vente de la brosse.
Conclusions
En concluant ce rapport il faut dire qu’on est très contents des résultats
obtenus.
Tous les objectifs qu’on s’était préfixés ont été atteint, le moteur à été validé,
ou plus précisément il semble être bien adapté au besoins.
La brosse à été complètement re-conçue, en considérant les problème
d’étanchéité et du système de translation qui ne donnait pas trop d’espoirs
pour son correct fonctionnement et les pièce polymériques sont en principe
bien adaptées à l’injection plastique.
Le prix de fabrication ont été réduit de presque le 30% par rapport à l’analyse
des prix de la première version du prototype et le montage finale est
facilement exécutable dans une chaîne de montage manuelle, vue qu’une
solution automatisé n’est économiquement pas envisageable.
On est donc très contents du travail fait.
Cereghetti Igino Page 20 09/07/2004