Prototypage par impression 3D d'un barboteur transparent pour le brassage artisanal de bière
Michael Kononsky, concepteur de produits de formation, et Pål Ingebrigtsen, ingénieur, se sont rencontrés en 2015 à un événement organisé pour les start-ups en Norvège. Pour leur premier travail après leur diplôme, ils cherchaient à créer quelque chose de vraiment novateur.
Les deux hommes brassaient de la bière eux-mêmes et ils ont vu une opportunité dans l'engouement pour la brasserie artisanale observé dans le monde entier. Rien qu'aux États-Unis, on compte déjà plus d'un millions de brasseurs artisanaux.
Plus de 1000 prototypes plus tard, est né Plaato, le premier dispositif réalisant des mesures du CO2 libéré pendant la fermentation du brassin et fournissant ces données aux brasseurs.
Dans ce post, vous apprendrez ici par son fondateur, Michael Kononsky, comment l'équipe de Plaato a conçu ce dispositif qui a gagné le prestigieux Red Dot Award, grâce à des prototypes de pièces transparentes fabriquées par impression 3D, et comment la production a été ensuite lancée en Asie.
Optimiser les brasseries artisanales avec des données
La bière est brassée artisanalement depuis des milliers d'années. Au cours du temps, les brasseries industrielles ont minutieusement raffiné le procédé en exploitant les technologies modernes pour analyser et contrôler tous les aspects du brassage. Mais la brasserie chez soi reste un loisir avec des résultats variables et imprévisibles.
Kononsky et Ingebrigtsen se demandèrent s'il leur était possible de combiner leurs compétences et les nouvelles technologies pour fabriquer un produit qui intéresserait au plus haut point les brasseurs amateurs.
« Nous avons pensé qu'il serait intéressant de collecter des données sur le brassage de la bière, parce que la fermentation, le processus où se produit toute la magie, est une véritable boîte noire. Vous fermez le seau pendant deux semaines et vous ne savez rien de ce qui se passe ensuite à l'intérieur. Vous ne savez pas si c'est bon ou non, si c'est trop chaud ou trop froid », explique Kononsky.
« Ensuite vous l'ouvrez et vous dites, "Oh non, c'est infecté", ou bien "Oui ! C'est bon !" Mais même dans le dernier cas, vous n'arrivez jamais à recréer la même chose et vous ne pouvez partager votre recette avec des amis parce que vous n'avez jamais vraiment les bons outils pour le faire. »
Kononsky avait trouvé une étude datant des années 80, qui démontrait qu'il était possible de calculer la gravité spécifique, l'activité de fermentation et le degré d'alcool du liquide à partir du CO2 libéré pendant la fermentation. Il supposa que s'il était possible de compter les « bulles » et d'estimer leur volume par apprentissage machine, il serait possible de transformer ces données biologiques en données numériques, de voir si la fermentation était trop agressive ou trop lente, et de savoir comment les différents types de sucres et de levures agissaient sur la courbe de fermentation.
« Au fond, nous surveillons la bière comme un patient à l'hôpital. Ce n'est pas pour que votre bière soit meilleure, mais pour devenir un meilleur brasseur, grâce à cet outil qui vous procure des informations. Après chaque expérience que vous faites, vous obtenez un rapport ce qui était bon ou mauvais, et vous permet de refaire pareil ou de recommencer à partir des résultats, puis de les partager avec des collègues et de les analyser », raconte Kononsky.
Prototypage d'un barboteur transparent
Kononsky et Ingebrigtsen ont envisagé plusieurs méthodes différentes et ils ont même trouvé des débitmètres parfaits pour mesurer le CO2, mais les conditions du brassage ont posé des problèmes spécifiques compliqués.
« [Pour servir au brassage], le produit doit supporter des déversements, la corrosion et les chutes accidentelles. Tout doit être propre et désinfecté, car le risque de contamination et d'infection est permanent. Nous devions élaborer une méthode de surveillance de l'activité de fermentation sans mettre de capteur à l'intérieur du brassin, celui-ci étant trop sensible aux mesures invasives. Il nous fallait donc concevoir un objet qui mesurerait l'activité sans toucher la bière », explique Kononsky.
Pour répondre à toutes ces conditions, ils ont décidé de concevoir un barboteur transparent.
Il existe peu de façons de réaliser des prototypes de pièces tranparentes. Kononsky a essayé l'usinage CNC et l'externalisation auprès de prestataires de services, mais il trouva les deux méthodes lentes et coûteuses. « Nous avons calculé que pour le prix de 3 ou 4 prototypes, nous pouvions acheter une imprimante 3D Formlabs», constate Kononsky.
Consultez notre tutoriel qui présente les méthodes de finition pour des pièces transparentes imprimées en 3D.
Disposer d'une imprimante 3D asur leur bureau a permis à l'équipe d'essayer plusieurs prototypes par jour, à faible coût.
« Nous avons imprimé toute la journée et tous les jours jusqu'à obtenir quelque chose de satisfaisant parce que c'était possible de décider de faire un autre essai. Le coût d'une pièce transparente de ce type est pratiquement insignifiant. L'imprimante apporte beaucoup de valeur, c'est comme avoir un autre concepteur dans l'équipe », dit encore Kononsky.
« Je pense que nous avons environ 1000 prototypes différents de pièces transparentes. Nous avons produit six prototypes par jour puis répété le modèle dans Solidworks à partir des conclusions, pendant qu'une nouvelle pièce était déjà en cours d'impression . Nous mesurions les bulles, puis le débit, puis nous modifiions légèrement les paramètres, combinant apprentissage machine et apprentissage empirique. En travaillant aussi près des pièces, vous comprenez réellement le matériau et ses propriétés.
Kononsky et Ingebrigtsen avaient besoin de prototypes très précis, qui pouvaient être enlevés, nettoyés et lavés, puis réassemblés exactement au même endroit, de façon à ce que le capteur, très sensible, donne une valeur correcte à la mesure suivante.
« C'est le même principe de fonctionnement qu'un stylo, avec un capuchon que vous pouvez refermer et qui reste exactement au même endroit. Nous avons trouvé la solution en utilisant Clear Resin pour la pièce transparente et Tough Resin pour la pièce du bas. Les pièces en Clear Resin sont très rigides, alors que les pièces du bas en Tough Resin sont légèrement flexibles, ce qui permet de faire une fine rainure, quelques nervures et un anneau à double-clic. Nous avons pu simuler le comportement du produit final. Il a fonctionné tout à fait correctement, exactement comme la pièce en plastique moulée [par injection] », raconte Kononsky.
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La référence pour la production
Après une campagne réussie de financement participatif pour couvrir les coûts importants des moules et de l'outillage, l'équipe est passée au lancement de la production en Asie, où le prototype a servi de référence.
« Il a en fait servi de dernier échantillon avant le modèle final. Avec le moulage par injection, il faut prendre en compte un effet de contraction qui ne se produit pas avec l'impression 3D. La tension de surface et les propriétés du plastique étaient également légèrement différentes. Mais nous avions notre référence dans les mains, et nous pouvions travailler avec les ingénieurs et recommencer le moule plusieurs fois pour arriver aux mêmes tolérances qu'avec l'impression 3D. Il nous suffisait de reproduire les propriétés sur la base du prototype imprimé et non le contraire. Ce n'était pas le trou noir, où il faut deviner et essayer, nous avions notre référence qui nous servait de base », raconte Kononsky.
Des brasseries artisanales aux micro-brasseries
Ces entrepreneurs ont reçu récemment le prestigieux Red Dot Award, en reconnaissance du « caractère sophistiqué et hautement esthétique du Plaato, qui a fait passer le barboteur classique utilisé en brasserie à l'ère numérique. »
Après la vente de 4000 unités, Kononsky et Ingebrigtsen se concentrent maintenant sur l'optimisation de la production pour la rendre encore plus rentable, et ils élargissent la ligne du produit avec une nouvelle version commerciale du barboteur, qui correspondra à un plus grand volume de fermentation pour des brasseries de taille petite à moyenne.
Accélérer le développement de produits avec la Form 2
« Je répète constamment à l'équipe que je ne sais vraiment pas ce que j'aurais fait sans l'imprimante Form 2. Je pense très sincèrement que nous n'aurions pas pu comprendre nos capacités même de production. Nous aurions conçu une pièce volumineuse avec une sorte de regard en verre, mais rien de comparable en proportions et en taille », reconnais Kononsky.
Le prototypage rapide en interne sur la Form 2 a permis à des milliers d'ingénieurs et de concepteurs de résoudre des problèmes compliqués, en épargnant temps et coûts à toutes les phases du processus de développement de produits.
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