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
Pour Kenneth (remettre les questions posés lors de l'entretien et expliquer brièvement le déroulé de celui-ci
Cet entretien a permis de déduire un persona (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 Utilisateur
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.
Pour permettre une meilleure visualisation, nous avons décidé disposer les différents retours dans un tableau :
| Feedbacks reçus | Utilisateur 1 | Utilisateur 2 | Utilisateur 3 | Utilisateur 4 | Utilisateur 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Première impression | Concernant le cube :
- Fait penser à un jeu, les formes sont intéressantes, parce qu'il s'agit d'une forme qui n'est pas souvent imprimée, et dispose des angles à 45° |
Concernant le cube: - Le cube semble servir à montrer le type de précision que l’on peut obtenir, l’écriture sur chaque face semble correspondre à la taille de la forme Concernant le pont : - L’objet semble servir à observer comment se comporte les ponts et le mesureur probablement à mesurer les différents objets déjà imprimés possédant un pont - L'utilisateur 2 remarque par ailleurs, qu'avec le prototype devait montrer "qu’à partir de 1.5 c'est pas bon", mais que finalement le pont est assez bien réussi. |
Concernant le cube: - L’utilisateur remarque les millimètres et que sur chaque face il n’y a pas mêmes proportions - La première impression que donne l’objet c’est qu’il pourrait être utile pour voir la densité d’impression (comme les autres formes « d’in-fill ») Concernant le pont: - Remarque les mesures et que cette fois-ci c’est en cm. Après beaucoup d’hésitation, il explique que pour lui c’est plus difficile d’associer l’objet à l’impression 3D et en quoi cela pourrait être utile - Finalement, l’utilité pourrait être de mesure les différentes distances/épaisseurs avec les mesureurs |
Concernant le cube: - L’utilisateur explique assez vite que l’objet semble servir pour expliquer les problématiques liées aux détails, « on voit qu’en tournant ça devient de plus en plus petit et à 2mm c’est moins présentable » Concernant le pont: L'utilisateur trouve les mesureurs "assez mignon" et ne fait pas vraiment attention aux ponts, l'utilisateur explique que les mesureur servent probablement de réglettes si l'on veut comprendre la précision d’un objet imprimé. |
Concernant le cube: - Après avoir regardé attentivement le cube, l'utilisateur ne semble pas comprendre comment l'objet pourrait être utilisable Concernant le pont: - Explique qu'il y a des objets mobiles, qui servent probablement à mesurer des objets, mais ne comprend pas comment la base avec les différents ponts pourrait être utilisable |
| Utilité perçue |
Concernant le pont: |
Concernant le cube : - En observant les slides, l’utilisateur pense que l’objet pourrait servir également à la problématique liée aux surplombs et que donc le cube s’adresse à deux problèmes : Le premier s’adresse au détail, qui dépend de plusieurs variables comme le type d’imprimante, la buse et le filament utilisé. Ce cube montre que jusqu’à 4mm c’est faisable au niveau des détails Le deuxième problème serait les surplombs, car on voit sur le cube des problèmes à ce niveau-là Concernant le pont : - Ne semble pas vraiment utile, car ne montre pas les cas extrêmes ou indésirables ; ni les variations des ponts (diagonal, large, bords arrondis) - Par ailleurs, objet très grand par rapport à l’information qu’on est censé avoir - Les mesureurs sont plutôt sympa, mais devraient être séparés des ponts, " là comme ça on dirait plutôt des doublons " |
Concernant le cube : - En observant les slides, l’utilisateur associerait le cube aux détails, car les valeurs coïncident et il commence à comprendre le lien, même si au départ il est resté perplexe Concernant le pont : - L’utilité serait plutôt de voir « physiquement » à quoi peut correspondre un pont. Mais il n’a pas associé la distance des ponts de 1cm ou plus avec l’objet réel. Les mesureurs lui semblent être moins utiles car leur utilisation arrive « trop tard » |
Concernant le cube : - Confirme son idée de départ que l’objet sert montrer aux participants de la formation la problématique liée aux détails. De plus, l’utilisateur trouvait intéressant de l’avoir écrit, et montrait l’utilité de cet objet avec la face à 6 car "le label affiche 0,2 millimètres et on voit que c’est très mal imprimé. La taille de la buse de la Prusa Mini est de 0,4 millimètres" Concernant le pont : - L’utilité serait d’expliquer aux participants les problématiques liés aux ponts et de montrer qu’à partir de 1,5 cm le pont commence à être "moins droit" |
Concernant le cube : - Après avoir vu les slides, l’utilisateur fait le lien avec la problématique liée aux détails et explique que finalement, avec les slides c’est plutôt évident Concernant le pont : - Associe à la problématique des ponts, et en regardant de plus près remarque que les ponts de plus de 1cm "tombent un peu", cependant l’utilisateur ne perçoit pas l’utilité avec les mesureurs sur le même dispositif. |
| Usage effectif / en situation |
En modélisation, les deux objets peuvent être utilisés pour voir le modèle et le cube/pont effectif afin de faire le lien plus facilement |
En modélisation et pendant la phase de prototypage, l’utilisateur estime que ces objets sont plutôt utiles car ils sont à porté de main, ça permet de faire un rappel de ce qui est faisable ou pas. Cependant il aurait peut-être fallu rajouter les réglages utilisés
Pendant l'impression, ces objets ne sont pas utiles |
Concernant le cube : l’utilisateur nous explique que son regard était biaisé par les cours qu’il donne et qu’il avait beaucoup gardé le côté ludique du cube en tête. C’est pourquoi il pensait que l’objet servait à être jeté et à définir par exemple, une limite d’impression pour les travaux des étudiants.
Il pense que les deux objets pourraient être utilisés en phase de prototypage et modélisation pour permettre aux novices d’avoir un objet physique avec les différentes problématiques abordées en guise de rappel, mais pas en phase d’impression, car ce serait trop tard. Enfin plus particulièrement aux ponts, il était perplexe quant à la problématique : « Comment mesurer quelque chose qui n’est pas tangible avec un objet tangible ? ». |
En modélisation le cube serait utile par rapport aux distances modélisées, étant donné que l’objet permet de voir sur le moment que c’est trop petit. L’utilisateur explique par ailleurs qu’en comparant aux ponts, le cube serait à utiliser plutôt avec des adultes, car les détails ne seraient pas conceptuellement représentables pour des pré-ados/enfants.
Le pont en modélisation et en phase de prototypage servirait à observer comment une impression réagit avec le vide. "Pour une distance courte c’est ok, mais à partir de 2cm, l’impression commence à avoir de la difficulté". Le mesureur serait utilisé avec un objet déjà imprimé pour avoir une idée de la longueur. Le pont serait d’ailleurs, plus utile pour des pré-ado/enfants afin de montrer physiquement un objet tangible, surtout pour l’aspect plus ludique des mesureurs. Cependant, ces objets se montrent beaucoup moins utile lors de l’impression |
Pas d’utilisation perçue en modélisation ou en prototypage. Les objets peuvent servir pour comprendre le concept et peuvent être utiles pour introduire les notions. Mais pour un expert non. Pourrait éventuellement être utilisé comme objet test des paramètres d’impression.
Pas d’utilisation perçue pour pendant l’impression. |
| Propositions d'amélioration | Cube: - Les mm du cube et la profondeur seraient à changer - Les faces du dé pourraient être identiques pour comparer les surplombs Pont: - Proposer des ponts avec des mesures plus longues - Créer une ligne sans supports et une autre avec supports pour visualiser le rendu final (utilisation de plus de plastique, le rendu final des ponts avec support est moins "jolie") |
Cube : - Faire des cercles concentriques – privilégier un dé avec d’autres formes - Faire une impression des côtés avec différents paramètres. Pont : - Des ponts plus larges, pour bien montrer un pont cassé - Séparer les mesureurs des ponts (voir les supprimer) |
Cube : - N’apporterai pas vraiment de changement au cube, Pont : - Faire des ponts plus grands pour permettre aux novices de voir vraiment le problème, car avec cet objet, on le voit pas vraiment - Réduire la taille de l’objet en enlevant les mesureurs |
Cube : - Pas vraiment d’amélioration à apporter Pont : - Ajouter les paramètres d’impression - Créer une vidéo d’impression d’un pont raté |
Cube : - N’apporterai pas vraiment de changement à l’objet Pont : - Faire un objet avec la même origine afin que l’on puisse voir à travers les ponts de différentes tailles |
Remédiations
Suite aux précieux retours de nos utilisateurs, nous avons pu tirer des enseignements importants quant à l'amélioration de nos prototypes. En effet, l'objet le plus critique en termes de nécessité de modifications est celui lié à la problématique des ponts. Les tests utilisateur et les différents feedbacks des utilisateurs nous ont révélé des problèmes tels que la non perception de l'utilité des mesureurs, une démonstration peu convaincante du concept de "pont non réussi", et une taille de l'objet bien trop imposante. Il aurait été pertinent de créer un pont plus long, par exemple de 5 cm, afin de permettre une visualisation plus évidente du problème. De plus, la taille globale de l'objet aurait également dû être réduite pour le rendre plus maniable et cohérent avec son utilisation prévue. En ce qui concerne le cube, bien que les commentaires n'aient pas identifié de modifications majeures nécessaires, certaines améliorations mineures ont été suggérées. Pour la deuxième itération de nos prototypes, nous envisageons les remédiations suivantes :
Pour le Cube :
- Modifier les mesures des mm du cube et la profondeur pour les ajuster.
- Expérimenter avec d'autres formes en plus des cercles concentriques pour diversifier le cube.
- Réaliser des impressions des côtés avec différents paramètres pour observer les variations.
Pour le Pont :
- Proposer des ponts avec des mesures plus longues pour mieux visualiser les problèmes liés à leur taille.
- Créer deux versions du pont : l'une sans supports et l'autre avec supports, afin de montrer le rendu final avec et sans l'utilisation de plastique supplémentaire.
- Augmenter la largeur des ponts pour rendre plus évident l'aspect d'un pont cassé.
- Séparer les mesureurs des ponts, voir envisager leur suppression, étant donné que leur utilité et utisabilité n'ont été que très faiblement perçues.
Par ailleurs, nous avons réalisé que notre hypothèse concernant l'utilisation de nos objets lors de l'impression devra être réévaluée, car aucun de nos utilisateurs n'a perçu une réelle utilisabilité lors de l'impression, remettant ainsi en question la pertinence de notre deuxième cas d'utilisation. Dans le scénario d'usage 2, nous avions supposé que nos objets pourraient être utilisés comme outils de vérification et d'aide lors de l'impression. Cependant, les retours des utilisateurs ont montré que cette fonctionnalité n'a pas été perçue comme utile ou pertinente et par conséquent que ce scénario est inexploitable. Ce résultat nous permettra de réorienter notre approche et de réfléchir à d'autres scénarios où nos objets pourraient être utiles en dehors des formations à l'impression 3D.
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