Objets pédagogiques avec une imprimante 3D

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1 Introduction

Cet article recense quelques objets qu'on peut ou qu'on pourrait fabriquer avec une imprimante 3D ou une découpeuse laser. On catégorise ces différents exemples selon leurs diverses finalités pédagogiques.

2 Usages

2.1 Rendre accessible le non-visible

Dans l'enseignement, la modélisation 3D permet de représenter des éléments en changeant leur échelle. Ainsi, il devient possible de représenter aisément le système solaire ou, à l'inverse, d'illustrer la construction de molécules, de virus ou d'organes pour des étudiants en biologie.

2.2 Décomposer des objets complexes

Dans le domaine de l'horlogerie ou de la microtechnique, les éléments sont tellement imbriqués les uns dans les autres qu'ils forment un tout très difficile à appréhender pour un néophyte. Rendre dissociable et préhensible les différentes parties d'un mécanisme en permet une compréhension plus approfondie.

2.2.1 Exemples concrets

  • L'objet Cathédrale gothique, crée par Skimbal est un objet intéressant par sa complexité et les détails architecturaux fidèlement reproduits : pinacles, arc-boutants, culées, arcs brisés, contreforts, flèche de transept. Il ne manque que les vitraux, les sculptures sur le tympan et les gargouilles ! Cet objet pourrait trouver sa place dans un cours d'architecture gothique décomposant les différentes parties d'une cathédrale.
  • Ce Rubber Band Gear Mechanism créé par Skimbal est un système d'engrenage comme on en trouve dans les horloges. Si chaque pièce prise séparément semble a priori simple à réaliser, l'ensemble a dû demander une grande précision pour in fine obtenir un mécanisme qui marche.

Une vidéo montrant le fonctionnement de l'objet est disponible.

2.3 Faire comprendre des concepts

la modélisation 3D permet aussi la représentation de concepts difficilement compréhensibles. En modulant les couleurs et les volumes, on permet une représentation plus pointue qu'en s'aidant d'un simple schéma. Ainsi, on représente aisément en géographie une carte comprenant la topographie et des indices démographique, par exemple. Ou encore peut-on plus facilement représenter des modèles mathématiques quand ils traitent de l'espace.

2.4 Reproduire des objets inaccessibles

Dans l'enseignement de l'art ou de l'histoire, il n'est pas rare de mentionner ou de vouloir illustrer des objets qui ne sont pas accessibles physiquement. La modélisation 3D a pour avantage de pouvoir extraire des illustrations en 2D d'objets dégradés depuis des siècles, tout comme il est possible de reconstituer des oeuvres détruites par le temps.

2.5 Compenser des handicaps

On retrouve de nombreux exemples d'outils pour pallier des handicaps physiques sous forme d'outils thérapeutiques. On trouve dans la littérature des exemples d'illustrations en 3D pour des élèves aveugles, ou encore l'utilisation d'éléments pour compenser l'utilisation de certaines parties du corps.

2.5.1 Exemples concrets

  • Cet objet est une sorte de lutrin destiné à faciliter la lecture. Ce genre d'objet est particulièrement utile aux personnes qui présentent un handicap moteur ou un trouble du regard (dyspraxie visuo-spatiale par exemple, qui entraîne des saccades oculaires et empêche une lecture linéaire adéquate).
  • Dans le même ordre d'idée, le Laser Cut Page Opener permet la tenue d'un livre avec une seule main.
  • Encore, le Tube Squeezer permet aux personnes souffrant de troubles de la motricité fine et/ou musculaire d'extraire le contenu d'un tube de manière autonome avec un instrument ergonomique.

2.6 Concrétiser des apprentissages

La concrétisation est l'aboutissement des apprentissages d'un apprenant à travers la production d'un objet tangible, concret. Ainsi, produire la modélisation d'un travail de design pour un étudiant en art ou la création de moules à pâtisseries pour un étudiant en cuisine peut tout autant produire un élément tangible utile à l'autoévaluation de l'apprenant que valoriser ses apprentissages.

2.6.1 Exemple concret

On retient ce "Field Notes Pen Clip"créé par MatthewLaBerge pour sa simplicité et son ingéniosité, et pour montrer qu'il est possible de fabriquer des petits objets simples et pratiques, utilisables de suite. Il s'agit d'un porte stylo qui s'accroche autour d'un cahier. C'est l'exemple d'un projet axé sur la créativité qu'on pourrait proposer à des étudiants pour qu'à la fin, chacun ait son propre outil personnalisé.

2.7 Réaliser un kit constructif

La réalisation d'un kit constructif n'est, en soi, pas nécessairement formateur pour l'apprenant s'il ne le produit pas lui-même. En revanche, ce dispositif une fois produit a pour vertu de nécessiter de la créativité de la part de son utilisateur et, à travers l'adoption de la logique du dispositif, nécessite une part de réflexion pour une utilisation correcte.

2.7.1 Doblo factory

Quelques briques doblo

Doblo Factory (publié comme thing 2106 sur thingiverse) est une "usine" pour fabriquer des designs pour des Duplos/Legos sous forme de routines OpenScad.

Elle permet de générer à la fois des pièces simples, des structures composées et des briques qui incluent du STL importé.

Quelques exemples:

  • pièces de type Lego Dacta pour jeunes enfants ou adultes. Pour les derniers on pense à des outils de gestion de projet par exemple.
  • Châteaux thématiques
  • Figurines Duplo 3D pour organiser des "jeux" de rôle pour les petits (en y greffant des créations STL par dessus)

3 Un projet en 3D

3.1 Introduction

Un exemple très intéressant c’est celui de l’intégration de l’impression 3d à l’aide des sujets handicapés visuellement et qui aiment la musique. C’est une méthode de partition en 3D développé par une pianiste appelé Yeaji Kim de Corée du Sud qui a fait son doctorat à l’Université of Winconsin-Madison School of Music, aux États Units. Elle a perdu la vue pendant son enfance et a commencé à jouer au piano, ayant de grandes difficultés pour comprendre le solfège musical.

3.2 Méthode

Elle a inventé une méthode qui utilise des partitions en 3D. Les partitions et les notes sont en relief en 3d pour que les personnes aveugles puissent les lire. La grande différence avec le système braille c’est que le sujet devait lire la musique avec l’alphabet braille, car il n’existe pas des symboles musicaux en braille. En plus il devait lire une main et après l’autre, ensuite la personne devait lier l’information dans son cerveau. La complexité de l’écriture musicale ne pouvait pas être représentée de cette façon. Yeaji Kim cible spécialement les enfants aveugles.

Ici un lien où la pianiste explique son projet en vidéo

4 Références

  • Ackermann Edith; David Gauntlett and Cecilia Weckstrom (2009). Defining Systematic Creativity, LEGO Learning Institute, Summary, PDF download
  • Andersen, Frans Ørsted (2004), Optimal Learning Environments at Danish Primary Schools, LEGO Learning Institute Abstract/PDF download
  • Claxton, Guy (1997). Hare Brain, Tortoise Mind, Fourth Estate, London.
  • Claxton, Guy, What’s the Point of School, One World Publications, Oxford, 2008.
  • McMenamin, P.G., Quayle, M.R., McHenry, C.R., Adams, J.W. (2014). The production of anatomical teaching resources using three-dimensional (3D) printing technology: 3D Printing in Anatomy Education. Anatomical Sciences Education 7, 479–486.
  • Winnicott, D.W. (1989) Playing and Reality. London, New York: Routledge.
  • Scalfani, V.F., Vaid, T.P. (2014). 3D Printed Molecules and Extended Solid Models for Teaching Symmetry and Point Groups. Journal of Chemical Education 91, 1174–1180.