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L’impression 3D à la rescousse de ConnectiCup, la tasse connectée !

Il y a quelques semaines, je vous présentais dans un premier article, mon projet de DIY. Je vous racontai alors comment m’étais venue l’idée de la ConnectiCup, la tasse connectée pour vos boissons chaudes. Dans cette première partie, je vous expliquais comment j’avais réalisé un prototype et une application pour mon objet connecté.

Je vais maintenant vous raconter la suite de mon aventure et entrer dans les détails de l’industrialisation et la fabrication du produit abouti.

Et maintenant ? C’est la question qu’on peut se poser à ce stade : j’avais un prototype fonctionnel de ma tasse connectée, mais pas du tout industrialisable. Il ne s’agit certes pas d’industrie à grande échelle, mais simplement d’imaginer la fabrication de plusieurs ConnectiCup à destination, par exemple, des collègues de chez Backelite. Dans cette optique, Il était impensable de créer plusieurs socles avec du silicone et de la maïzena, de percer les trous de chaque LED et de découper à la main l’emplacement de la batterie et du chargeur… C’est beaucoup trop artisanal ! Mais alors, comment faire ?

La solution est arrivée sur un plateau avec notre imprimante 3D. Avec l’impression 3D, on peut imprimer tout un tas d’objets sur mesure, des objets qu’on ne trouvera jamais dans le commerce, ou du moins pas sous cette forme. Les possibilités sont limitées par deux principaux facteurs : les capacités de l’imprimante et l’imagination… Seul pré-requis : il faut modéliser l’objet désiré avec un logiciel spécifique, ou bien récupérer un modèle tout prêt sur Internet.

Tasse connectée

Pour la ConnectiCup, c’était évidemment à nous de la modéliser. Il n’y aurait ensuite plus qu’à en imprimer autant que nécessaire et à assembler le circuit. Terminé les recettes artisanales et les découpages approximatifs à coup de cutter et d’emporte-pièce !

Le socle modélisé en 3D se décompose en deux pièces imbricables, imprimées à partir de fils de plastique PLA : la première est la pièce principale dans laquelle viennent se glisser la tasse, la batterie et le ruban de LED, la seconde accueille le reste des composants du circuit dans des compartiments spécifiques.

tasse connectée
A gauche la pièce principale, à droite la pièce destinée aux composants

Sur le papier, cela semblait assez simple mais dans les faits, la modélisation ne s’est pas faite sans difficultés. Elle a même nécessité beaucoup plus de temps que prévu. Le principal point noir a été la modélisation des trous destinés à accueillir les LED car ils devaient être correctement espacés au millimètre près.

tasse connectée
Première impression : au début et quelques heures plus tard

Un assemblage laborieux de la tasse connectée

Une fois la première version de ma tasse connectée imprimée, des ajustements ont été nécessaires, notamment par rapport à la place réservée à chaque composant et à l’espacement entre les LED. Quand la bonne version a pu être imprimée (cette fois-ci en bleu), il restait alors à assembler les composants dans le socle pour obtenir une ConnectiCup fonctionnelle. Cette étape m’a pris de longues heures et a été très laborieuse. En effet, l’espace restreint et l’existence d’un emplacement dédié à chaque composant ont donné un caractère très “sur mesure” à ce premier assemblage…

tasse connectée
Deux générations de ConnectiCup

Une fois ma longue tâche terminée, j’ai mis en route la tasse connectée fraîchement installée. Comme c’était mon jour de chance, je n’avais rien grillé et elle fonctionna du premier coup. Les LED allumées lui donnaient même un petit air de vaisseau spatial fort sympathique ! Le seul bémol, c’est le capteur qui était légèrement trop bas par rapport à la tasse et qui empêchait une bonne prise de la température : un ajustement serait donc nécessaire. En attendant, je l’ai relevé grâce à un petit support en papier.

tasse connectée
La ConnectiCup en route !

Cependant, en me projetant dans l’optique d’une fabrication de plusieurs ConnectiCup, il n’était pas envisageable de refaire un deuxième assemblage comme celui-ci : c’était trop long et fastidieux. Il fallait donc trouver un moyen d’arranger ça…

Comment faciliter l’assemblage de la tasse connectée ?

Le principal problème était le trop grand nombre de fils qui s’entrecroisaient dans tous les sens. J’ai donc décidé de tester un feutre spécial qui permet de dessiner de la matière conductrice, le Circuit Maker de AgIC. Il suffit alors de remplacer les fils nécessaires par des traits au feutre dessinés directement sur la pièce de plastique. Ensuite, il ne reste qu’à relier ces traits aux composants via une soudure et le tour est joué !

tasse connectée
Overdose de fils

Pour pouvoir le tester, une nouvelle pièce avec des pistes dédiées aux traits de feutre a été modélisée et imprimée, incluant au passage un nouvel emplacement pour le capteur de température afin qu’il soit à la bonne hauteur.

tasse connectée
La modélisation de la nouvelle pièce (à gauche le dessus, à droite le dessous)

Malheureusement, ce feutre ne s’est avéré efficace que sur du papier photo. Impossible de le faire tenir sur le plastique ! Du coup, j’ai collé un ruban de papier photo sur la pièce et je l’ai recouvert de feutre, mais celui-ci fondait immédiatement au contact du fer à souder.

Je me suis donc tourné vers le Circuit Scribe, un autre modèle qui fonctionne sur plus de surfaces. Comme prévu, celui-ci tenait sur la pièce, mais en voulant appliquer une soudure dessus, le fer à souder a immédiatement fait fondre le plastique et le trait du feutre avec. Suite à ces résultats désastreux, j’ai décidé d’oublier l’idée du feutre et de trouver une autre alternative…

tasse connectée
Essais au feutre… non concluants !

La solution des pistes conductrices

J’ai finalement opté pour une solution intermédiaire en plaçant deux pistes conductrices, une pour le plus et une pour le moins, de part et d’autre de la pièce de plastique. Ainsi, l’ensemble des fils allant à la masse iraient sur la piste du moins, et l’ensemble des fils amenant le courant iraient sur la piste du plus. Les deux fils de la batterie serait soudés respectivement sur la piste moins et la piste plus. Cela réduisait les croisements entre les fils et simplifierait l’assemblage.

tasse connectée
Le dessous de la nouvelle pièce avec les deux pistes

Pour le matériau des pistes, le cuivre était la meilleure option. Mais il fallait penser “industrialisation” pour cette tasse connectée, et je ne voulais pas m’amuser à découper des pistes à la main et à les faire tenir avec de la colle pour chaque nouvelle ConnectiCup…. En cherchant sur Internet, j’ai découvert l’existence de rubans adhésifs de cuivre. Il y a juste à découper la longueur que l’on veut, à la coller directement et le tour est joué ! Et, cerise sur le gâteau, il est possible de souder directement dessus !

tasse connectée
Test du ruban adhésif de cuivre : validé !

La pièce a donc été à nouveau modélisée pour accueillir ces pistes. A l’heure où j’écris ces lignes, elle n’a pas encore pu être imprimée et je n’ai donc pas pu tester l’assemblage complet d’un nouveau circuit. Cela viendra très prochainement !

En attendant les commandes…

Pour m’occuper pendant l’attente de la réception des feutres et du ruban de cuivre adhésif, j’ai développé quelques évolutions que je gardais initialement pour la prochaine version de la tasse connectée.

J’ai ainsi créé un écran de préférences : il est ainsi possible de faire varier l’intensité des LED, de les animer ou non lors d’une notification (avec une animation par défaut), de changer le nom de la ConnectiCup qui apparaît sur la liste des périphériques Bluetooth à proximité… La couleur des LED s’affiche également en temps réel sur l’écran principal et l’utilisateur peut supprimer l’appairage avec sa ConnectiCup si jamais il veut utiliser un autre modèle. Enfin, la qualité du signal Bluetooth est indiquée et il est possible de faire clignoter sa ConnectiCup pour la retrouver si votre bureau est aussi mal rangé que le mien.

tasse connectée
Ecrans de l’application iOS

Une grande partie de ces fonctionnalités implique une communication Bluetooth entre le smartphone et la tasse connectée. Cela a donc impliqué la mise en place d’un petit protocole. En effet, comme chaque message transmis par Bluetooth ne peut pas excéder 20 caractères, et qu’on ne peut en transmettre qu’un à la fois, il fallait les simplifier au maximum tout en gardant quelque chose de lisible. Par exemple, pour l’affichage de la couleur des LED sur l’application, c’est la ConnectiCup qui envoie autant de messages que de LED. Chaque message contient le numéro de la LED ainsi que le code de sa couleur. L’application les traite l’un après l’autre pour mettre à jour l’affichage sur l’écran principal.

J’en ai également profité pour faire un brainstorming collectif sur le nom du projet. En effet, je n’avais pas d’idée au départ et je ne voulais pas attendre de trouver un nom pour me lancer. C’est suite à ce grand moment de réflexion que le nom “ConnectiCup” a été trouvé et adopté !

Réduire les coûts de la tasse connectée

Quand je me suis posé la question “combien coûterait une ConnectiCup ?” et que j’en ai fait l’estimation, je suis tombé sur la somme de 50 euros, ce qui était assez cher par rapport aux fonctionnalités disponibles.

Les principaux coupables de ce prix élevé étaient le chargeur USB et la batterie au lithium. Je n’avais pas vraiment tenu compte de leur prix car j’étais en phase de prototypage au moment de les choisir. Heureusement, j’ai pu dénicher un chargeur à faible coût, le TP4056. Il est doté d’un circuit de protection de la batterie et il permet de la charger tout en utilisant la ConnectiCup. J’ai également trouvé une batterie au lithium moins chère et de même capacité.

tasse connectée

Grâce à ces nouvelles pièces et en achetant les autres composants sur des sites moins chers, le prix a pu être revu à la baisse. J’ai pu obtenir un total de $13.20 soit un peu moins de 12€. Je n’ai pas mentionné ici le prix du plastique pour l’impression 3D ainsi que celui des fils nécessaires aux soudures car ils restent négligeables.

Et après ?

The adventure is far from being finished because I have several ideas for improvements in my head, in particular the addition of a weight sensor that would allow me to add intelligence to the connected mug. For example, while there is still liquid in the cup, a notification could be sent to the user regularly to alert him that his drink is getting cold.

Another subject is that of temperature. During my various tests, I noticed that taking the temperature by direct contact between the analog sensor and the bottom of the cup was slow. Moreover, if the sensor didn’t touch the cup well (just one millimeter of space was enough), the measurement was done badly. This is therefore a very sensitive point and I am counting on doing tests with an infrared sensor that does not require direct contact between the analog sensor and the bottom of the cup, and could be more efficient. I have ordered one, the MLX90614, and I’m patiently awaiting its arrival in my mailbox.

Finally, some other ideas for improvement have been imagined in a more or less precise manner: more advanced energy saving, being able to create one’s own LED animations, make the connected mug ring if you don’t remember in which office you left it, make the ConnectiCups interact with each other. There’s a lot do do!

ConnectiCup is my first connected object project and, despite the difficulties I encountered, I really appreciated it! In the beginning, I didn’t really know where I was going and even if I’d succeed. Today, I am very satisfied with the path I traveled and I’d like to thank all the people who, near or far, have helped me move forward with this project.

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