Conception et réalisation du prototype

La première étape de notre démarche de conception s’appuie sur la géométrie présen- tée dans la section 4.1 pour laquelle on définit dans un premier temps les paramètres de construction. Cette étape prend en compte les éléments dimensionnant identifiés, auxquels s’ajoutent des contraintes supplémentaires liées aux matériaux et procédés de construction employés. En effet, si en théorie la géométrie proposée permet un apla- tissement complet de la structure, en pratique, l’épaississement des faces limite leur mobilité. De plus, même s’il est souhaitable que l’épaisseur des charnières soit la plus faible possible pour favoriser la compliance de la structure et limiter les contraintes liées à la flexion, les limites en termes de précision du procédé de fabrication et de résistance du matériau élastomère imposent des épaisseurs minimum de l’ordre du millimètre. En- fin, contrairement à des charnières classiques, l’utilisation de charnières et de surfaces flexibles introduit un comportement de retour élastique vers la configuration dans la- quelle l’actionneur a été fabriqué. Nous définissons ainsi un nouveau paramètre e_con, représentant la valeur de e au moment de la fabrication, et dont la valeur peut influer sur les performances finales de l’actionneur.

Paramètres Version A Version B

a [mm] 16 d [mm] 35 h [mm] 20 w [mm] 40 g [mm] 5 θ < 0 ϕ > 0 econ [mm] 22 25

Table 4.4 – Valeurs des paramètres de construction de l’actionneur dans ses deux ver- sions.

Nous proposons de construire l’actionneur à l’aide des valeurs de paramètres de construc- tion décrites dans le tableau 4.4. Les dimensions du motif de base ont été choisies afin de pouvoir permettre un repliement maximum de la structure (d > 2a) malgré l’épais- sissement des faces. L’échelle générale de l’actionneur a été déterminée de manière à pouvoir produire des efforts de l’ordre de 10 N à des pressions d’actionnement infé- rieures au bar, en privilégiant la compacité du système tout en prenant en compte les contraintes liées aux matériaux et au procédé utilisé. De plus, afin d’observer l’impact du paramètre e_con sur les performances de l’actionneur, nous proposons la réalisation

de deux versions du prototype, notées A et B. Pour effectuer la conception détaillée de la poche, nous travaillons sur un huitième de l’actionneur, profitant ainsi des trois plans de symétries pour simplifier la conception. Nous réservons ensuite, à proximité des arêtes, un espace pour y placer des charnières compliantes. Les faces rigides sont ensuite épaissies à 3 mm pour obtenir des plaques rigides. Nous aménageons ensuite les charnières. Dans [Bruyas 2015b], les auteurs proposent une technologie de liaison pivot compliante précise, basée sur les mêmes matériaux de construction que notre prototype. Malheureusement, ces liaisons sont difficilement miniaturisables et non étanches. De ce fait nous avons choisi d’adopter une approche plus directe dans la réalisation de liaisons pivot compliantes en incorporant entre les plaques rigides des bandes de matériau élas- tomère d’une épaisseur de 1,5 mm. Comme la transition brusque entre matière rigide et molle introduit des concentrations de contraintes au niveau des interfaces, des zones de transition combinant un affinement des plaques rigides recouverts de matière molle sont aménagées à proximité des charnières. Les plaques flexibles sont obtenues par épaississe- ment des faces concernées à une épaisseur de 2 mm avec un rétrécissement à 1,5 mm au niveau de l’arête déformable. Ces dimensions ont été définies de manière à autoriser la déformation souhaitée, tout en limitant le gonflement des parties souples dont l’action limite l’extension maximum de la structure. Une fois cette étape terminée, on procède à la finition de la structure mobile par la définition des transitions entre les arêtes au niveau des sommets du polyèdre. Il est difficile de rendre cette étape systématique en raison de la forte complexité de certaines géométries.

Une fois la partie mobile de l’actionneur terminée, nous intégrons les faces de base et de sortie. Ces deux plaques rigides et relativement simples doivent remplir quatre fonctions additionnelles :

— permettre l’admission d’air comprimé. Cette fonction est réalisée par l’aménage- ment d’une conduite dans la plaque de base dans laquelle un tuyau flexible de diamètre extérieur 4 mm peut être collé ;

— limiter le déploiement des faces pour éviter à la structure de changer de convexité au niveau des pattes concaves. Cette fonction est réalisée par l’addition de butées angulaires sur la plaque de base et la plaque de sortie, imposant la contrainte θ ≤ 0 ;

— permettre la fixation de l’actionneur. Cette fonction est réalisée par l’ajout de quatre pattes permettant à la fois le centrage de l’actionneur sur un socle dédié et le passage de vis M3 ;

— autoriser l’accès au volume interne durant les opérations de fabrication. Cette fonction, nécessaire pour le nettoyage de la matière support en sortie d’impression, est permise par la division de chacune des deux plaques (de base et de sortie) en deux parties : l’une liée à la structure déformable monolithique et l’autre devenant une pièce séparée.

L’actionneur est donc réalisé en trois pièces : la partie centrale déformable monolithique regroupant l’ensemble des fonctions cinématiques de l’actionneur, et les deux capots permettant de fermer le volume central, de fixer l’actionneur et de le connecter à conduite

d’air comprimé. Le modèle CAO du prototype obtenu est présenté à la figure 4.9.

Entrée d’air Butée

angulaire Plaque de base

Plaque de sortie

Figure 4.9 – Vue CAO du prototype (Version B) en vue générale et quart de coupe, avec des vues détaillées de la géométrie des charnières. Les régions flexibles (réalisées en TangoBlack) sont représentées en noir et les régions rigides (réalisées en VeroWhite) en gris. Dans les plans de coupe, les régions flexibles sont indiquées en rouge pour faciliter leur visualisation.

L’actionneur est ainsi fabriqué en deux opérations : l’impression des trois pièces consti- tuant l’actionneur, puis le collage des deux capots et du tuyau d’admission d’air. Le prototype de l’actionneur obtenu est présenté à la figure 4.10.

Figure 4.10 – Vue générale du prototype de l’actionneur (Version B), règle graduée en centimètres. Ici, la plaque de base (avec fixations et tube d’admission d’air) est orientée vers le haut.