Les technologies d'impression 3D dans l'enseignement, principes et avantages de chacune d'elles

L'impression 3D est l'une des tendances les plus importantes de ces dernières années dans le domaine technologique, mais contrairement à l'idée générale, elle ne se réduit pas à un type de machine, mais plutôt à un ensemble de technologies qui permettent de créer des objets sans avoir besoin de moules ou de minimums. Chaque technologie a ses utilisations et ses applications, ainsi que ses matériaux.

Aujourd'hui, il existe plusieurs appareils qui peuvent être très utiles en classe et, année après année, de plus en plus d'écoles les utilisent pour réaliser des projets éducatifs. Les compétences STEAM, qui sont de plus en plus appréciées des jeunes lorsqu'il s'agit, par exemple, de trouver un emploi, sont les compétences enregistrées dans les domaines de la science, de la technologie, de l'ingénierie, de l'art et des mathématiques. Et l'impression 3D est l'une d'entre elles.

Importance dans l'enseignement

L'impression de modèles 3D développe des compétences qui impliquent les élèves dans le processus, les amènent à s'adapter au changement et à résoudre les erreurs. De cette manière, l'apprentissage ne se base pas uniquement sur l'observation, mais sur l'impression de fichiers que vous créez vous-même. En intégrant l'impression 3D dans la salle de classe, les élèves développent leur créativité et leur sens de l'organisation en ouvrant leur esprit à des possibilités infinies, notamment la création d'objets 3D uniques ou par morceaux, ainsi que l'amélioration de tous les objets existants.

Passer des plans à la conception en 3D et pouvoir toucher ses propres créations apporte une approche beaucoup plus réaliste et dynamique de l'apprentissage. Et ainsi l'assimilation des connaissances se fera naturellement.

La technologie 3D dans les écoles primaires et secondaires non seulement stimule l'engagement et encourage la pensée créative pour améliorer les possibilités d'apprentissage dans les matières STEM, mais en l'intégrant dans différentes matières, elle sert de plateforme aux enseignants pour préparer leurs élèves à l'avenir, en facilitant l'acquisition de compétences et d'expérience en matière de résolution de problèmes.

Dans le cas de l'enseignement et de la formation professionnels (EFP), la mise en œuvre de la technologie 3D intègre bien plus d'informations que le simple fonctionnement de l'équipement ; elle invite les étudiants à explorer tous les aspects de la conception, du dessin sur papier à la préparation de leurs fichiers pour l'impression 3D, en passant par la conception ou la modélisation à l'aide de logiciels 3D.

Les possibilités offertes par les imprimantes 3D pour l'enseignement dans les écoles sont infinies et peuvent être adaptées aux besoins de chaque niveau d'enseignement, ce qui permet un retour sur investissement rapide. Il existe aujourd'hui de nombreuses technologies d'impression 3D, mais les deux plus courantes et les plus accessibles sont le FFF/FDM et le laser.

Extrusion de matériaux : FFF/FDM

La technologie FDM (Fused Deposition Modeling), également connue sous le nom de FFF (Fused Filament Manufacturer), est la plus répandue sur le marché aujourd'hui. Cette technologie consiste à obtenir une pièce par le dépôt couche par couche d'un filament qui a été fondu en l'introduisant dans un extrudeurvqui l'a traité à une température supérieure à son point de fusion. Il existe deux types de diamètres de filaments (1,75 mm et 2,85 mm). Le grand avantage de cette technologie est la grande variété de matériaux disponibles, son prix économique et la possibilité de les combiner, ce qui permet, par exemple, de réduire le post-traitement de l'élimination des supports en incorporant un matériau de support soluble dans l'impression. De plus, la maintenance de cet équipement est très simple, se limitant à calibrer les arbres ou à chauffer l'extrudeuse en cas de colmatage.

Image 1 : Imprimante 3D Raise3D E2. Source : Raise3D.

Cette technologie est idéale pour les pièces solides, de grande taille, résistantes mécaniquement et thermiquement. Mais malgré les avantages mentionnés ci-dessus en ce qui concerne la technologie d'extrusion de matériaux, il y a un aspect sur lequel elles ne peuvent pas rivaliser avec les technologies laser, à savoir que, bien qu'elles nécessitent plus de temps de post-traitement, elles sont beaucoup plus précises et rapides.

Laser (SLA, SLS)

Ce type d'imprimante, au lieu de déposer le filament, projette toute la couche sur le matériau, qui se solidifie au fur et à mesure.

En stériolithographie ou SLA, la photopolymérisation se produit lorsque vous exposez une résine liquide photosensible à une source de lumière. Lorsque la source de lumière est contrôlée, vous pouvez façonner un objet. Cette technologie contient une résine liquide à l'intérieur d'un réservoir et, en déplaçant une plate-forme de haut en bas, elle solidifie une couche de matériau à la fois à l'aide d'un laser.

Dans le cas du SLS, il s'agit d'une technologie capable de fabriquer des pièces entièrement solides par frittage ou fusion de particules de poudre de plastique ou de métal. Cette technologie dose une poudre très fine de matériau sur un lit plat, sur lequel le matériau nécessaire est fondu, puis recouvert d'une nouvelle couche de poudre. La variation de la technologie est donnée par la source de l'énergie de fusion et le matériau à utiliser. Dans le cas du SLS, il s'agit de plastique, principalement du nylon 12, qui est fondu à l'aide d'un laser.

Image 2 : Étudiants avec des imprimantes Formlabs. Source : Formlabs.

Ces types de technologies sont idéales pour réaliser de petits détails ou des finitions complexes sur des pièces qui nécessitent une plus grande robustesse, une plus grande précision et un gain de temps d'impression. Cependant, elles sont plus coûteuses que l'impression de filaments, car la résine et la machine elle-même sont plus chères. 

Et les enfants ? Eh bien, il existe aussi des imprimantes compatibles avec un public plus enfantin, qui disposent de toutes les mesures de sécurité et sont spécialement adaptées pour répondre aux besoins qui existent dans les salles de classe : isolation, matériaux et fonctionnement spécifiquement conçus pour les enfants. Le fabricant d'imprimantes 3D de bureau XYZprinting a développé l'imprimante Toybox exclusivement pour les enfants. Toutefois, il ne s'agit pas toujours d'imprimantes 3D. Par exemple, 3Doodler propose une série de formules d'apprentissage pour son crayon 3D. 

Image 3 : 3Doodler. Fuente : Wobleworks.

Le stylo 3Doodler est un moyen simple d'intégrer l'impression 3D dans les écoles en facilitant la création d'œuvres d'art en 3D, donnant ainsi aux élèves une compréhension de base de la tridimensionnalité.

Mise en œuvre en classe

L'importance de l'inclusion de l'impression 3D dans les diplômes professionnels et les écoles est un fait. Et comme la formation est essentielle pour l'application et la mise en œuvre de la technologie 3D, notamment pour l'industrie, elle est devenue une nécessité professionnelle.

L'application pratique de cette technologie peut être intégrée à une grande variété de matières scolaires afin de simplifier les concepts théoriques souvent difficiles pour les élèves. Mais il n'est ni facile ni très courant de trouver une imprimante 3D dans les écoles espagnoles, et bien qu'il existe des initiatives expérimentales qui y sont parvenues, son utilisation est presque toujours destinée à des projets spécifiques ou à des journées entières de projet. Dans d'autres pays, comme les États-Unis ou le Royaume-Uni, ils sont intégrés dans les salles de classe, conscients de leur potentiel en tant que ressource pédagogique, de leur polyvalence et de la possibilité d'encourager la participation active des élèves.

Voici quelques-unes des raisons pour lesquelles il convient d'accélérer l'inclusion plus visible de cette technologie :

1. Motive l'élève et encourage l'apprentissage.

2. Il accélère le processus d'apprentissage.
3. Améliore la rétention des informations.
4. Développe la capacité critique et réflexive.
5. Il encourage l'apprentissage collectif et personnalisé.

En rendant certains projets tangibles, les enfants et les adolescents peuvent appréhender des concepts sous-jacents complexes. En assimilant ces concepts par la pratique, les élèves restent motivés pendant le processus d'apprentissage. Il ne fait aucun doute que l'utilisation d'équipements 3D dans l'environnement éducatif permet aux élèves de réaliser différents projets et activités qui renforcent leurs compétences STEAM, améliorent leurs capacités de travail en équipe, renforcent leur estime de soi et stimulent leur créativité.