STIC:STIC III (2022)/Exploration des Problématiques Liées aux Ponts et Détails
Contexte
L’édition 2022/23 du cours STIC III a pour thème la création d'outils pédagogiques de prototypage dans un environnement Fab Lab. Il s'agit d'un « laboratoire de fabrication » ouvert à tous, où les membres peuvent accéder à des outils et des équipements pour réaliser leurs projets (caméras, imprimante 3D, matériel de prototypage, etc). Son objectif est de favoriser l'innovation, l'apprentissage et l'expérimentation en fournissant des ressources et des outils à des personnes de tous horizons, qu'elles soient des amateurs, des étudiants, des entrepreneurs ou des artistes. Les Fab Lab sont des espaces encourageant la collaboration, la co-création et l'échange de connaissances entre les membres de la communauté.
Dans le cadre de ce cours, notre objectif est de concevoir un dispositif pédagogique efficace pour améliorer l'expérience des utilisateurs du FacLab en utilisant la modélisation avec OpenSCAD et l'impression 3D. Afin de rendre ce processus plus méthodique, nous avons utilisé la méthodologie du design thinking, une approche de conception collaborative pour résoudre des problèmes de manière itérative.
Le Design Thinking en quelques mots
Le Design Thinking est une méthode de résolution de problèmes centrée sur l'utilisateur qui vise à développer des solutions innovantes et créatives. Cette méthode est caractérisée par une approche centrée sur l'utilisateur, un processus itératif et collaboratif, et une forte dose d'empathie. Le processus comprend généralement cinq étapes : l'empathie, la définition du problème, l'idéation, le prototypage et les tests.
Le Design Thinking est devenu une méthode populaire pour aborder les problèmes complexes dans de nombreux domaines, tels que l'innovation de produits, la gestion de projet, la transformation numérique, la santé, l'éducation, etc. Sa popularité est due en partie à son approche multidisciplinaire, qui implique des équipes de différents horizons travaillant ensemble pour trouver des solutions créatives et innovantes.
Dans le cadre de ce projet, les différentes étapes du Design Thinking ont été mises en pratique, à la fois lors des activités en présentiel et à distance, pour s'assurer que la conception soit centrée sur l'utilisateur final du dispositif pédagogique.
Etapes du projet
Lors de la première période, les activités en séance consistaient à organiser et initier la démarche design thinking, à la présentation du projet, à établissement d’un premier contact sur le terrain au FacLab et à définition d’une vision et un angle spécifique pour le projet.
Lors des activités à distance participé à la formation à la modélisation 3D avec OpenSCAD et à l'impression 3D au FacLab. Enfin, nous avons procédé à l'enquête et la documentation des besoins des utilisateurs ainsi que l'analyse de leurs problèmes qui sont détaillés ci-dessous.
Phase 1: Empathie
Nous avons effectué un premier contact sur le terrain à Battelle en visitant le Faclab avec le Faclab manager DO* (acronyme anonymisant). Lors de nos ateliers d'impression 3D pour débutants et intermédiaires, nous avons recueilli les demandes de DO en termes de support pédagogique tangible. Nous avons échangé des problématiques qu’il rencontrait lors de ses ateliers. En effet, il existe de nombreux aspects qui peuvent poser un problème lors des impressions 3D tels que les ponts, les détails, les surplombs, le sens d'impression des formes longilignes et l'angle des objets verticaux.
Pour mieux cerner ces différents problèmes, nous avons mené un entretien semi-directif (Lallemand et al., 2018) avec DO pour documenter ses besoins en tant qu'utilisateur final du dispositif pédagogique.
Cette méthode a été choisie car elle permet de mettre en évidence les incidents critiques et de poser des questions spécifiques. Nous avons commencé l'entretien par la question « Racontez-nous la dernière fois que vous avez donné une séance de formation sur l'impression 3D ? » et avons utilisé des relances de type résumé ou « Comment / Pourquoi ».
Phase 2: Définition
Cet entretien a permis de déduire un persona (mettre image) et une carte d'expérience (mettre image) (Lallemand et al., 2018). DO, responsable du FacLab ainsi que du pôle innovation numérique de l’UNIGE, est confronté aux problématiques résumées ci-dessous :
Définition de notre problématique
Les ponts : Lorsqu'on veut faire des ponts plus grands que 1,5 cm dans l'impression 3D, la difficulté est liée à la résistance mécanique du pont. En effet, plus la portée du pont est grande, plus la pièce est soumise à des contraintes de flexion, ce qui peut entraîner une déformation ou une rupture de la pièce lors de l'impression ou après. Pour surmonter cette difficulté, il est souvent nécessaire de concevoir le pont avec une forme spécifique qui permet de renforcer sa résistance, par exemple des supports ou des renforts structurels.
Les détails : Il peut être difficile d’obtenir des détails plus petits que 0.2mm en impression 3D. En effet, la buse de l'imprimante a une taille limitée à 0.4mm et ne peut pas imprimer des détails plus petits que cette taille. De plus, les matériaux utilisés pour l'impression peuvent se rétracter en refroidissant, ce qui peut entraîner un décalage des couches et une perte de détails. Enfin, les supports utilisés pour maintenir les pièces pendant l'impression peuvent également interférer avec ces détails, ce qui peut causer des problèmes de qualité d'impression. C’est pourquoi nous avons décidé de concevoir des objets tangibles pour l'impression 3D qui permettent une exploration efficace et pratique de ces problématiques liées à l’impression de ponts et de détails.
Enfin, lors de la deuxième période nous avons présenté nos choix de méthodes pour les phases d'empathie et de définition. Nous avons également démarré la phase d'idéation et de prototypage.
Phase 3: Idéation
Pendant la phase d'idéation, nous sommes passés par plusieurs étapes, en allant du brainstorming au test des objets conçus pendant cette phase.
Problématique lié aux ponts
1) Nous avons commencé par faire une session de brainstorming à deux, pendant laquelle nous avons réfléchi à des idées pour notre projet de modélisation et conception 3D d'objets tangibles pour la formation à l'impression 3D. Nous avons ensuite mis en commun nos idées, croisé nos réflexions et affiné nos objets, jusqu'à arriver à deux propositions : un objet préhensif et un porte-clés.
Nous avons choisi d'utiliser des plaques en mousse pour créer notre prototype. Nous avons imaginé une plaque de forme carrée avec un côté pour la préhension, un côté pour mesurer les distances, un autre avec des griffes pour mesurer sur l'impression 3D en cours, et une visualisation concrète du pont. Nous avons prévu des distances de 2, 1.5, 1 (meilleure distance) et 0.5, ainsi qu'une visualisation sur la gauche pour pouvoir les mettre côte à côté dans un porte-clés.
2) Dans une deuxième étape, nous avons testé notre idée de porte-clés en la rapprochant des imprimantes 3D. Cependant, nous avons rapidement réalisé que cela serait gênant d'avoir plusieurs objets encombrants qui traînent. Nous avons donc décidé d'allonger les griffes et de réduire la surface de préhension pour que les objets soient plus facilement manipulables. Nous avons également envisagé une autre idée impliquant un pont réel et de longues griffes, mais nous avons rapidement abandonné cette idée en raison de problèmes de rangement et de regroupement.
3) Finalement, nous avons opté pour une plaque avec d'un côté des testeurs à disposition, rangés selon leur taille et avec un exemple concret de pont en face d'eux. Nous avons créé un testeur avec une préhension plus petite et des griffes plus longues, qui nous a semblé être la meilleure solution après des tests rapides. Nous avons également exploré différentes formes de griffes, comme des griffes longues, planes ou courtes, en gardant à l'esprit la contrainte de rangement. Nous avons opté pour une préhension plus petite (de la taille d'un pouce) et des griffes plus longues pour pouvoir manipuler facilement le testeur dans la zone d'impression. Le but étant d’utiliser cet objet lorsque l’impression d’un pont commence et de pouvoir mesurer assez vite si la portée du pont est plus grande que la taille conseillée, permettant ainsi à l’utilisateur de stopper l’impression et de gaspiller le moins de matériel possible.
Problématique lié aux détails
En nous inspirant des dés que nous avons pu observer en cours, nous avons eu l'idée de créer un cube détaillé qui pourrait être utilisé comme un vrai dé. Ce cube est conçu avec des niveaux qui rétrécissent en fonction des nombres, ce qui le rend utile pour voir les détails de manière plus précise. Cette idée permettrait de mieux comprendre les détails d'un objet imprimé en 3D tout en étant un objet ludique et amusant à utiliser. Pour rappel lors de la conception d’un dé : la somme des faces concurrentes doit être égale à 7.
Phase 4: Prototype
Cette phase inclut la création de nos prototypes fonctionnels ainsi que la création de nos scénarios d'usages.
Modélisation
Scénario d'usage
Les scénarios d'usage sont utilisés lors de la conception et du test de produits ou services. Ils permettent de mettre en évidence les avantages et les limites d'un prototype et de l’améliorer.
Dans le cadre de notre projet, nous avons prévu des scénarios d’usage centré sur le facilitateur/formateur, notre utilisateur final principal. Le premier est destiné à l'utilisation des objets lors des ateliers. Le deuxième scénario concerne un usage lors de la phase d'impression.
| Cas d’utilisation | Comprendre les problèmes d’impression 3D des ponts et des détails lors d’un atelier d’impression 3D |
|---|---|
| Description | Lors d’un atelier d’impression 3D, le formateur aborde les points auxquels les participants doivent faire attention lorsqu’ils souhaitent imprimer un objet. Parmi les différentes problématiques il met l’accent sur l’importance d’une bonne grandeur pour un pont et la difficulté liée aux détails. |
| Acteurs/Utilisateurs | Le formateur et les participants à l’atelier |
| Evènement déclencheur | Un participant ne comprend pas ces problèmes |
| Scénario de base | 1. Le formateur prend la plaque avec les différents ponts et demande aux participants d’identifier lequel semble le moins solide.
2. Les participants remarquent que plus la portée du pont est grande, plus la pièce est soumise à des contraintes de flexion, ce qui peut entraîner une déformation ou une rupture de la pièce lors de l'impression ou après. 3. Dans un deuxième temps, le formateur prend le cube détail et demande également aux participants d’identifier quelle surface semble la moins réussie. 4. Les participants regardent les différentes faces pour tester la précision des détails qui peuvent être imprimés en 3D et remarquent. |
| Précondition | Intérêt pour l’impression 3D |
| Postcondition | Les participants sont aptes à utiliser les imprimantes 3D du FacLab |
| Contraintes | Les problématiques des ponts et des détails doivent être traitées lors de la formation |
| Cas d’utilisation | Suite aux ateliers 3D, un utilisateur souhaite imprimer un objet qu’il a trouvé en ligne. Il télécharge le modèle et se rend au FacLab pour l’imprimer. Il remarque que son objet possède un pont |
|---|---|
| Description | Lors d’un atelier d’impression 3D, le formateur aborde les points auxquels les participants doivent faire attention lorsqu’ils souhaitent imprimer un objet. Parmi les différentes problématiques il met l’accent sur l’importance d’une bonne grandeur pour un pont et la difficulté liée aux détails. |
| Acteurs/Utilisateurs | Utilisateur FacLab |
| Evènement déclencheur | L’utilisateur commence une l’impression sans vérifier les caractéristiques de son objet |
| Scénario de base | 1. L’utilisateur lance l’impression de son objet et se rend compte que celui-ci possède un pont.
2. Pour éviter que son objet ait une déformation ou rupture, il prend le testeur de pont pour vérifier la taille de celui-ci fin de savoir s’il est plus large que la taille conseillée et s’il doit arrêter l’impression et demander de l’aide. 3. Il met l’impression en pause et mesure à l’aide des différents testeurs la taille de son pont. 4. Son pont fait 1cm. Il regarde alors le pont mis en exemple et remarque que celui-ci est très solide. 5. Il peut alors relancer l’impression. |
| Variante de scénario 1 | 1. Le pont est plus grand que 2cm
2. L’utilisateur arrête l’impression et demande de l’aide à un collaborateur du FacLab |
| Variante de scénario 2 | 1. L’utilisateur remarque également des détails sur son objet, mais n’est pas capable de savoir sa taille
2. Il demande de l’aide à un collaborateur du FacLab |
| Précondition | L’utilisateur doit avoir participé aux ateliers d’impression 3D |
| Postcondition | L’utilisateur imprime son objet 3D avec succès |
| Contraintes | L’objet à imprimer par l'utilisateur doit avoir des ponts et/ou des détails |
Phase 5: Test
Tests Utilisateurs
Lors de cette dernière phase, nous avons procédé à des tests utilisateur qui nous ont permis de mettre nos prototypes à l'épreuve et de voir quelles sont ses limites et quelles améliorations peuvent être apportées.
Grâce à ces tests nous avons pu évaluer :
- L'utilisabilité → dans quelle mesure nos objets sont facile à utiliser pour les utilisateurs.
- L'utilité → de quelle manière ces objets peuvent être utilisés lors des formations à l'impression 3D
- Valider (ou non) nos hypothèses de conception à partir de nos scénarios d'usage
Pour garantir la pertinence des retours obtenus, nous avons sélectionné des participants correspondant à notre public cible : des personnes qui manifestent un réel intérêt pour l'impression 3D et qui se sentent à l'aise avec cette technologie au point de pouvoir dispenser une formation sur le sujet.
Bibliographie
- Biso, S., Le Naour, M. (2020). Design Thinking: Accélérez vos projets par l’innovation collaborative. Dunod.
- Chanal, V., Le Gall, A., Irrmann, O. (2022). Former par le design: Principes, méthodes et outils pour préparer les étudiants aux enjeux du XXIe siècle. EMS Editions. Accès institutionnel ou via VPN
- d.school Reading List — Stanford d.school. (s. d.). Stanford d.school.
- Lallemand, C., Gronier, G., & Dugué, M. (2018). Méthodes de design UX : 30 méthodes fondamentales pour concevoir des expériences optimales (2e éd). Eyrolles.
- https://www.interaction-design.org/literature/article/what-is-design-thinking-and-why-is-it-so-popular
- https://edutechwiki.unige.ch/fr/Faclab_:_opportunités_et_défis