Premier projet design d’impression 3D

Mon cours d’initiation aux technologies donné aux élèves de secondaire 1 est un cours de design de l’IB. Les écoles qui offrent ce genre de cours sont assez rares. Je n’ai qu’à me baser sur le programme de design pour créer les projets que je désire. Cela me laisse une très grande liberté. Puisque nous avons des imprimantes 3D, j’en ai profité pour faire un projet design 3D qui s’insère dans le projet de niveau auquel toutes les matières participent. Faire des projets 3D avec les élèves est le second objectif du projet plus global entourant l’achat des imprimantes 3D. Le premier consiste en la création du club d’impression 3D De Rochebelle tandis que le troisième vise le développement d’activités parascolaires.

Le projet de niveau

Le projet de niveau vécu par les élèves de première secondaire consiste à créer un forfait voyage (en équipe de 4 ou 5) puis à le présenter lors d’une exposition. Toutes les matières sont mises à contribution. Chaque élève a une ville ou un parc national dans un pays choisi. C’est en univers social que le projet est présenté; les élèves choisissent leur pays et commencent leur recherche. En mathématique, ils calculent le cout du voyage. En français, ils écrivent une carte postale comme s’ils voyageaient dans leur ville. En science, ils présentent l’animal emblème de leur pays et en anglais, ils écrivent une lettre d’affaires ou un dépliant.

La tâche en design

L’angle de départ du projet était le contexte mondial expression personnelle et culturelle puisque le projet amène l’élève à créer un objet 3D véhiculant des symboles.

Les élèves avaient deux tâches à faire :

Individuellement : modéliser un objet 3D contenant 3 symboles qui représentent 1) leur ville, 2) quelque chose qu’ils aiment et 3) leur nom, surnom ou initiales
En équipe : faire en sorte que les 4 ou 5 objets individuels s’assemblent pour évoquer un symbole qui représente leur pays.

Chaque élève devait modéliser un objet dont les dimensions maximales étaient de 50 mm X 50 mm X 100 mm. Le projet était accompagné d’un dossier de conception que vous pouvez voir en cliquant sur l’image ci-contre.

Le déroulement

Étape A : Recherche

Dans l’étape de recherche, les élèves devaient se renseigner sur l’impression 3D et décider les symboles que contiendrait leur objet 3D. Même si quelques-uns ont modélisé entièrement leur objet de ville ou de parc national, la plupart des élèves ont cherché dans le 3D Warehouse de SketchUp afin de trouver leur objet 3D. C’est fascinant de voir à quel point il y a à peu près tout.

Pour certains élèves, trouver des symboles de leur ville a été plus compliqué. C’est notamment le cas des élèves qui avaient un parc national. Ces derniers ont plutôt utilisé des éléments de leur parc national comme une montagne ou une activité qu’on y pratique comme le kayak. Malgré tout, la phase de recherche s’est relativement bien déroulée pour tous.

Étape B : Développement des idées

Dans l’étape de développement des idées, les élèves devaient d’abord produire un croquis de l’objet d’équipe évoquant le pays. Autrement dit, ils devaient illustrer de face et de haut ce à quoi ressemblerait l’objet de pays. C’est en quelque sorte un brouillon papier. Par la suite, ils devaient dessiner deux conceptions de leur objet individuel dans lesquelles ils indiquaient la place de chaque symbole (symbole du pays, symbole de la ville, symbole qui les représente et leur nom, surnom ou initiales). À cet égard, plusieurs élèves ont eu de la difficulté à faire le croquis présentant leur objet vu de haut. Cette étape a également permis d’établir des critères de réussite pour leur objet individuel et les objets regroupés. Enfin, c’est dans ce critère qu’ils ont décidé quel symbole de pays allait être évoqué quand les 4 ou 5 objets seraient assemblés.

Étape C : Création de la solution

La création de la solution consistait à modéliser leur objet en 3D. Pour ce faire, le logiciel en ligne Tinkercad (Autodesk) fut utilisé. Il s’agit d’un outil 3D très facile à maitriser pour les élèves de première secondaire. Un des défis a été de convertir les objets du 3D Warehouse. En effet, ces derniers ne pouvaient pas être importés directement dans Tinkercad. Il fallait les convertir à l’aide de SketchUP. Cela a nécessité du temps… et de la patience. De plus, une fois convertis, plusieurs objets comportaient des trous qui rendaient leur utilisation impossible pour l’impression 3D. Il fallait donc remplir ces trous ou trouver un autre modèle ou carrément changer le symbole utilisé. Thingiverse, un des sites les plus populaires pour trouver des objets 3D, a aussi été utilisé. Bien que les objets ne nécessitent pas de conversion, il arrive que certains soient trop gros pour être importés dans Tinkercad.

Une fois les conversions réalisées, la première étape fut la division de l’objet du pays. C’est à cet égard que le projet a posé un réel défi de design. Ils devaient décider comment allait être disposé l’objet du pays afin de le couper en pièces pour chacun des objets individuels. Cette étape s’est relativement bien déroulée. Par contre, certains élèves, ont modifié la taille de leur objet de pays ce qui a engendré un décalage avec les autres quand fut le temps de coller les objets individuels. Une fois la partie de leur objet de pays en main, les élèves devaient ajouter les 3 autres symboles. Plusieurs ont dû couper leur objet de ville ce qui a été complexe pour certains.

Durant les cours de modélisation, il aurait fallu deux enseignants dans la classe. Le nombre de questions de la part des élèves était très élevé. J’imaginais que ce serait un projet difficile, mais il l’était un peu trop. Les résultats sont quand même spectaculaires, mais le projet a nécessité énormément de travail de la part des élèves. De plus, j’offrais de périodes de présence au local informatique le matin et le midi afin d’aider les élèves qui en avaient besoin; plusieurs en ont profité.

La dernière étape était d’importer les objets individuels dans un même espace de travail Tinkercad afin de voir si les objets s’assemblaient. Plusieurs ont dû faire de légers ajustements alors que d’autres n’ont pas eu le temps de le faire.

La remise des projets

Je devais trouver un moyen facile d’avoir les 168 projets (6 groupes) des élèves. J’ai opté pour Dropbox. J’ai créé des demandes de fichiers pour chacun des groupes. J’ai partagé les liens sur mon site de cours. Les élèves devaient donc exporter leur projet en STL puis me l’envoyer à l’aide de Dropbox. Cela a très bien fonctionné, surtout que les projets se synchronisaient au fur et à mesure directement sur mon ordinateur. De plus, Dropbox gère l’envoi de plusieurs fichiers en ajoutant des chiffres quand un projet est envoyé plus d’une fois. Quand je recevais un projet, je l’ouvrais immédiatement dans Simplify3D afin de voir s’il n’y avait pas de problème. Il arrivait que certaines pièces soient trop petites pour être imprimées. Je demandais donc à l’élève concerné d’apporter les modifications puis de renvoyer son projet.

L’impression des projets

Le projet a nécessité plus de temps que prévu. Par conséquent, j’ai apporté deux imprimantes 3D à la maison pendant la relâche afin d’imprimer la grande majorité des travaux. J’avais dit aux élèves qu’ils auraient tous un projet, je ne voulais pas les décevoir d’autant plus qu’ils en avaient besoin pour l’exposition. J’ai vraiment aimé jouer avec les imprimantes pendant une semaine. Par contre, c’est quelque chose que je ne ferai pas chaque année. Cela m’a permis d’être un pro de l’impression 3D. J’en ai même profité pour faire un test d’impression à deux couleurs sur la FlashForge tandis que la buse de la Wanhao m’a donné du fil à retordre.

La préparation des fichiers où les post-it de l’école à bout de bras ont été très utiles.

Chaque matin, je préparais les projets à imprimer dans la journée sur des cartes SD puis, à l’aide de post-it (hérités des dernières négos), j’écrivais quels projets imprimer. La préparation consistait à l’ouverture des projets dans le logiciel Simplify3D puis à leur exportation en fichier .gcode pour qu’ils puissent être lus par l’imprimante. J’ai pu imprimer presque la totalité des projets. Lors de l’exposition, 5 élèves n’ont pas eu leur projet à temps. C’est quand même un bon taux de réussite. Une fois les projets imprimés, je devais enlever les supports quand il y en avait. Il m’est même arrivé de casser certains objets qui étaient trop petits. À ce moment-là, je le collais à l’aide d’un fusil à colle chaude ou je réimprimais l’objet en question puis le recollais sur la pièce. Ce fut le cas des temples des élèves qui avaient la Grèce comme pays.

Étape 4 : L’évaluation

Une fois les objets imprimés je les ai redonnés aux élèves pour qu’ils réalisent l’étape de l’évaluation. Il s’agissait de décrire les caractéristiques visuelles et physiques de leur objet (taille, poids) en plus de demander à des gens s’ils étaient en mesure de reconnaitre les différents symboles présents sur l’objet.

Mes impressions

En somme, il s’agit d’un projet très stimulant qui pose un réel problème de design aux élèves (l’assemblage des 4 ou 5 objets individuels pour évoquer le symbole d’un pays). L’impression 3D est relativement nouvelle et provoque encore un engouement de la part des élèves. La modélisation 3D leur demande également de nouvelles compétences et une nouvelle manière de concevoir la création. Par contre, le temps consacré au projet est à revoir. Le projet de niveau commence officiellement en janvier, moment où les élèves choisissent leur ville et leur pays. Si on tient compte qu’imprimer les projets nécessite du temps et que ces derniers doivent être présentés lors de l’exposition à la fin mars, cela ne laisse que quelques semaines pour réaliser l’entièreté du projet. Avec deux périodes par cycle (une période par semaine), cela ne laisse pas beaucoup de temps pour tout finaliser. Malgré la gestion du temps qui a été difficile, on peut quand même dire que ce projet fut un succès et la majorité des visiteurs de l’exposition (330 élèves de cinquième année, élèves de l’école et les parents des élèves exposants) ont été impressionnés par les objets 3D. Les plus vieux qui ont fait le projet alors qu’ils étaient en première secondaire étaient un peu jaloux de ne pas avoir eu d’imprimante 3D à l’époque.

Le projet doit cependant être modifié puisqu’il ne peut pas être reconduit tel quel l’année prochaine. Les commentaires des élèves que vous verrez ci-dessous donnent déjà des pistes de réflexion intéressantes.

Les impressions des élèves

Les élèves sont les mieux placés pour me parler de leurs impressions du projet. Les voici en rafale :

Le projet est super intéressant, mais trop exigeant
Les élèves sont contents d’avoir été initiés à la modélisation 3D
Il aurait fallu un stagiaire ou un deuxième enseignant pour répondre aux questions
Le 3D Warehouse engendre beaucoup de problèmes
Le dossier de conception (document d’accompagnement) est trop long
Exiger une dimension minimale à l’objet
Il faudrait faire un seul croquis et non deux
Il faudrait plus de temps pour faire le projet
Il faudrait faire un ou deux objets par équipe et non 4