Canon à air comprimé

Canon à air comprimé pivotant

Difficulté

Technical Technique

Durée

3 day(s) jour(s)

Disciplines scientifiques

Mécanique, Physique

Canon, Bois, Métal, Tuyauteries, Mécanique Canon___air_comprim__catapulte_craftapulte.jpg

Introduction

Ce canon à air comprimé réalisé avec des matériaux de récupération, envoie des balles de tennis à plus de 50 mètres. Facile d'utilisation, il ne sera pas compliqué pour vous de lui trouver une utilité.

• Matériel et outils
• Expériences pré-requises

Marteau

Un marteau est un outil percuteur, servant par exemple à aplatir un morceau de fer ou à enfoncer un clou.

Marteau

Tournevis

Un tournevis est un outil de poing utilisé entre autres pour l'insertion et le retrait des vis dans les matériaux. Le tournevis motorisé s'appelle une visseuse, celle-ci est le plus souvent « sans fil ». Le tournevis, de nos jours, est conçu pour visser des vis à petite échelle mais détient une multitude de fonctions secondaires dont la principale est peut être l’ouverture des pots de peinture. Cette fonctionnalité est réservée intégralement au tournevis de type plat. En effet, elle est diffusée au point que certaines compagnies de production de pots de peinture suggèrent sur leur mode d’emploi d’ouvrir le couvercle à l’aide d’un tournevis plat. D’autres fonctions secondaires incluent : le levier multi-usages (pot de confiture), un presse papier, un outil de défense contre un agresseur, un gratte peinture.[

Tournevis

Perceuse

Une perceuse ou foreuse est un outil qui sert à percer ou tarauder des trous dans différents matériaux à l'aide de forets. Les perceuses modernes sont l'aboutissement de plusieurs siècles de technologie. Les vilebrequins sont apparus dans les ateliers de menuisiers et chez les charpentiers vers le XVe siècle. Les perceuses manuelle à engrenage datent du XIXe siècle, et c'est vers la fin du XIXe siècle que sont apparues les premières perceuses électriques.

Perceuse

Scie

Une scie est un outil à une lame dentée en acier trempé, destinée à couper des matériaux tels que le bois, la pierre, les métaux... Elle est actionnée par divers moyens tels que la force musculaire, l'électricité ou l'eau.

Scie

Papier à poncer

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Feuille abrasive de "grain" variable utilisée pour poncer du bois ou divers matériaux.

Papier à poncer

Initiation à la soudure

Étape 1 - Liste outils et matériaux (+bonus équipe)

Matériaux:

(Pratiquement tous nos matériaux proviennent de récupération)

-Plaques de bois

-Extincteur ou autre (compartiment pour air compressé)

-vis

-clous

-boulons

-tuyauterie

-vanne de tuyauterie

-roulement à billes (roue vélo)

-petites roues (achetées)

-peinture

outils (en plus de ceux mentionnés plus haut):

-scie à métaux, circulaire et sauteuse

-poste de soudure

-résine

-ponceuse

-joint en ruban

Étape 2 - Modélisation 3D

Pour mieux visualiser l’idée que nous avions, nous avons réalisé une modélisation 3D de notre canon.

Étape 3 - Préparation de l'extincteur

Comme l'extincteur deviendra le compartiment où sera stocké l'air il est important de le nettoyer et de le rendre étanche.

Après l'avoir ouvert, enlevé les parties non utiles et nettoyé, il faut boucher les trous afin de le rendre étanche.

Pour cela nous avons d'abord taraudé un trou afin de visser une vis à l'intérieur. Ensuite, nous avons utilisé de la résine pour s'assurer que l'air ne puisse pas passer.

Étape 4 - Percer les compartiments pour l'air et la balle

Les trous rebouchés avant n'étant pas assez gros, il est nécessaire d'en créer à nouveau car le débit d'air qui circulera se doit d'être important. Pour cela, la perceuse, la scie sauteuse et la lime, nous ont été d'une grande aide.

(Pour le grande tube en métal il est possible de prendre un tube de pvc, qui sera donc plus simple à percer. Cependant, il faudra une méthode différente pour le fixer au contenant à air.)

Étape 5 - Préparer la tuyauterie

Pour faire circuler l'air de l'extincteur au tube de propulsion, il est important de créer un chemin étanche et contrôlable. Nous avons donc cherché de la tuyauterie compatible ainsi que des vannes nous permettant de régler les circulations d'air.

L'une pour remplir l'extincteur de gaz (de l'arrivée d'air à l'extincteur) et l'autre pour contrôler le tir (de l'extincteur au tube contenant la balle).

Nous avons aussi ajouté un baromètre afin de pouvoir vérifier la pression.

Étape 6 - Assemblage des pièces

Il faut ensuite assembler les pièces entre elles, visser la tuyauterie à l'extincteur et au tube de propulsion.

Étape 7 - préparer pour la soudure + soudure

Pour fixer les parties du canon entre elles, nous avons décidé de les souder. Cependant, il est important de poncer la surface des endroits à souder afin de retirer les éléments la recouvrant, comme la peinture, qui pourrait gêner la soudure.

Étape 8 - Finition + premiers tests

Après avoir bien fini d'assembler chaque partie du canon, il est l'heure d'effectuer les premiers tests!

A première vue, la puissance n'était pas très élevée, cela à cause des fuites d'air dans la tuyauterie.

De plus, il nous semblait plus pratique de réduire la taille du tube de propulsion.

Étape 9 - Boucher les trous!

Pour boucher les fuites d'air, la résine nous a encore servie, mais aussi les joints en ruban qui sont très utiles pour la tuyauterie.

Effectivement, une fois les fuites bouchées, le canon envoyait la balle avec bien plus de puissance.

Étape 10 - Découper la base

Après avoir fait le canon, il faut s'attaquer à la base.

En ce qui nous concerne, nous avons fait une base creuse et carrée qui cache le mécanisme de rotation, sur laquelle est posé un cercle de bois tournant où sera fixé le canon.

Pour découper, le bois nous avons utilisé la scie sauteuse et la scie circulaire.

Deux bras, tenus par des équerres au cercle pivotant, permettront de tenir le canon tout en gardant une possibilité de mouvement.

Étape 11 - Rotation du canon sur les bras

Des roulements ont été insérés dans les bras permettant au canon d’effectuer un mouvement vertical et ainsi pouvoir contrôler l’angle de tir.

Les trous pour les roulements ne traversent pas entièrement le bois, permettant ainsi au roulements de ne pas glisser de leur encoche.

Étape 12 - Mécanisme de rotation de la plateforme

Le mécanisme de rotation est assuré par un roulement provenant d’une roue de vélo.

Une partie est fixée au cercle de bois et l’autre à la base fixe carrée à l’aide d’une cale en bois qui se trouvera en dessous.

On retrouve aussi 4 petites roues fixées au-dessous du cercle assurant la rotation du plateau.

Étape 13 - Fixer le canon et la base

Pour fixer le canon, il a fallu souder deux boulons sur les flancs de l’extincteur pour pouvoir ainsi le visser au deux bras de la base. De plus, ce système permet de démonter l’ensemble pour pouvoir le transporter plus facilement.

La cale en bois a été fixée avec une grande vis et un boulon permettant encore une fois de démonter l’ensemble si nécessaire.

Étape 14 - Nouveaux tests avec la base

Une fois le canon fixé sur la base, nous avons de nouveau effectué des tests et avons pu constater l’efficacité de celui-ci.

Étape 15 - Système pour bloquer les angles de tirs

Le dernier objectif que l’on s’était fixé était de concevoir un mécanisme permettant de choisir et maintenir le canon dans un angle souhaité.

Pour cela, nous avons fabriqué une pièce comprenant plusieurs crans/trous à certains angles choisis (0°, 22°, 45°, 68°, 90°).

Nous l’avons par la suite soudé à l’extincteur, et à l’aide d’une vis, il est maintenant possible de choisir et bloquer l’extincteur sur un des crans.

Étape 16 - Décoration et nettoyage

Pour la décoration nous avons décidé de peindre le nom de notre équipe sur la base ainsi que des flammes. Pour cela, nous avons fabriqué des pochoirs des motifs choisis.

Pour finir, nous avons nettoyé le canon pour effacer les traces de crayon faites lors de la construction.

Étape 17 - Rendu final

Finalement nous obtenons un canon puissant, avec une possibilité de régler l’angle de tir et la pression contenue.

Il est ainsi facile de choisir la force et la longueur du tir.

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Le canon à air comprimé est composé d'un tube métallique d'où est envoyé la balle, d'un extincteur en guise de compartiment pour l'air compressé et de tuyauterie avec vanne pour contrôler le tir. Il est posé sur un support en bois avec une possibilité de rotation verticale et horizontale.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Les fuites de gaz, il faut s'assurer que le compartiment pour le gaz est bien étanche et que la tuyauterie ne laisse pas passer le gaz non plus. Faire aussi attention pendant la soudure de ne pas faire de trous.

Applications : dans la vie de tous les jours

Dans un premier temps, nous avions l'idée d'utiliser notre canon pour nourrir les poissons d'élevages en bassin. En effet, il faudrait le placer au centre des bassins et en réglant la pression et l'inclinaison, il serait possible d'envoyer la nourriture plus ou moins loin.

Dans un second temps, il pourrait être utilisé dans les sports tels que le tennis ou baseball. La balle serait envoyé avec une certaine puissance et permettrait au joueur de s'entrainer à la renvoyer.

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Notre prochain objectif serait d'ajouter un moteur afin de la rendre automatique. On voudrait pouvoir contrôler l'inclinaison et la rotation du canon à distance ainsi que la pression contenue dans l’extincteur.

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

Utilisation et découverte de différents outils tels que la scie circulaire, la scie sauteuse, la scie à métaux, la ponceuse, la perceuse.

Initiation au poste à souder.

Découverte de techniques comme la résine et les joins en rubans pour boucher des fuites.

Pistes pour animer l'expérience

Ce canon pourrait être présenté et l'objectif serait de le refaire avec de nouvelles contraintes (plus petit, plus léger, uniquement avec l'imprimante 3D, ...). On pourrait aussi demander de s'en inspirer pour en créer un différent.

En gardant l'aspect et les mécanismes de notre canon, il serait possible d'organiser un concours de celui qui tir le plus fort et le plus loin (ou qui permet d'être le plus précis).

Dernière modification 2/05/2023 par user:Emilie bourg.

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