Mise en œuvre d'une imprimante 3D en cours de technologie 3ème

Exemple d'introduction au prototypage rapide (retour d'expérience)

Objectif :  S'approprier les outils et les techniques de la fabrication numérique

logiciel Solidworks / imprimante 3D

Dans le cadre du programme de technologie 3ème, du projet ROBOT (ici) et en introduction au Chapitre 2 (Recherche de solutions techniques), j'ai pris le temps de mettre en place une séquence d'initiation à l'utilisation de Solidworks ainsi qu'à la mise en œuvre d'une imprimante 3D.

Les élèves peuvent appréhender ainsi l'ensemble de la chaîne de prototypage et pourront le mettre en œuvre ensuite dans le cadre de leurs recherches de solutions techniques pour la réalisation du Robot.

Durée séquence : 2 ou 3 séances d'une heure (maximum mais c'est du temps de gagné pour la suite du travail sur le projet)

Les élèves dans cette séquence introductive ne conçoivent pas une nouvelle pièce ni ne modifient une pièce déjà existante mais s'approprient juste les outils (logiciel de CAO, logiciel imprimante 3D et impression 3D). C'est grâce à ce travail qu'ils pourront par la suite réaliser une pièce de leur robot en mettant en oeuvre l'ensemble des outils de la chaîne de prototypage rapide. Fraiseuse à commande numérique ou imprimante 3d.

Synthèse : J'imprime ces photos sur une feuille et au terme de la séquence je demande aux élèves d'écrire un commentaire descriptif sous chaque image.

Compétences :

Réaliser une représentation numérique de tout ou partie d'un OT avec log. De CAO (3)

Identifier les relations principales entre les solutions, matériaux et procédés de réalisation (2)

Identifier quelques procédés permettant de mettre en forme le matériau au niveau industriel et au niveau artisanal (1)

Conduire la réalisation du prototype ( 3)

Concevoir le processus de réalisation (3)

Retour d'expérience sur l'utilisation d'une imprimante 3D en classe de technologie :

- une imprimante 3D est un outil formidable pour montrer aux élèves concrètement l'intégralité de la chaîne de prototypage.

- Pour le collège, il semble évident au regard du prix du matériel que la technologie par extrusion de matière à chaud est la plus adaptée. Cela prend moins d'espace qu' une fraiseuse à commande numérique et coûte moins cher. (après une étude de marché nous n'avons pas voulu acheter une machine proposée par les catalogues de fournisseurs de technologie)

- Le temps scolaire ne correspond pas au temps de travail d'une impression 3d.

Suivant la taille de la pièce le temps d'impression peut être d'1 ou plusieurs heures.

Donc en classe nous avons pu lancer l'impression du modèle qui a duré 2h 20. Plusieurs élèves sont repassés dans la journée pour voir le résultat et le travail de la machine. La pièce finie a été montrée à la classe lors de la séance suivante pour la synthèse.

- Quel matériau ? (cf. http://www.monunivers3d.com/guide/abs-pla/)

Notre machine est capable d'imprimer de l'ABS ou du PLA

Donc travail sur l'étude des matériaux et leurs caractéristiques en perspective pour la suite.

Le PLA est biodégradable et issu de matériaux recyclés. Il est plus environnement-friendly, donc. Il est souvent utilisé dans l’emballage alimentaire.

Notons qu’il peut être obtenu à partir d’amidon de maïs. Il ramollit autour de 50°, commence à fondre à 160° et est réellement travaillé à 180°. Attention donc, il n’est pas très résistant à la chaleur. Il est sensible à l’humidité, il faut donc le maintenir au sec, ce qui peut aussi être un problème. Son utilisation nécessitera un peu plus d’entretien sur la machine. La PLA ne plie pas vraiment, il aura tendance à casser facilement si vous le maltraitez. Il sent bon quand il fond et connaîtra un taux d’échec moins grand lors des impressions 3D.

L’ABS est un polymère thermoplastique. Il est souvent utilisé dans les appareils électro-ménagers (les cafetières par exemple). C’est également le même genre de plastique que les légo. Il ramollit à 90°, commence à fondre à 180° et est réellement travaillé vers 230°. Il est donc plus résistant à la chaleur que le PLA. Contrairement à son concurrent, il se plie facilement et ne rompt pas. Il vous permettra de facilement nettoyer votre machine à l’acétone. Attention, les risques d’échec (cassure par exemple) sont plus grands lors de l’impression, notamment pour des raisons de moins grande résistance aux chocs de température.

Nous avons utilisé de l'ABS

Attention problème récurrent propre à l'ensemble des imprimantes 3d, notamment avec l'ABS :

La ou les premières couches d'impression accrochent bien au plateau. (risque de décollement !)

Pour ce faire le plateau doit être chauffant et utiliser une colle à badigeonner spécifique et la surface bien propre...

(cf. http://www.3d-makers.fr/devriez-imprimer-en-abs-en-pla/)

Le principal problème avec l’ABS est qu’il se déforme . Il a la propriété (malheureuse) de s’allonger lorsqu’il est chauffé. Ce qui signifie qu’il se rétrécit aussi quand il refroidit . Ainsi, un objet imprimé en ABS est «grand» quand il sort de l’extrudeuse et refroidit par la suite . Ce retrait ne cause pas seulement des différences de dimensions légères, mais peut aussi faire échouer votre impression ( ce qui a été le cas avec certaines de nos pièces).

Le PLA, quant à lui,  a une déformation minimale, et ce, uniquement sur ​​des impressions plus grandes . Aujourd’hui, il est disponible en plusieurs couleurs et a un coût semblable à l'ABS. En prime, il sent très bon lors de l’impression , à la différence de l’odeur – plus ou moins – toxique de l’ABS.

Sites intéressants :

http://www.3d-makers.fr/

http://www.lesimprimantes3d.fr/

http://www.thingiverse.com/

(pour trouver des idées et plein de fichiers libres pour imprimer)

Pour ce qui est de la question « Mais  comment as-tu fait pour avoir une telle machine dans ton collège ? » :

Et bien en fait, j'ai réalisé un courrier de demande d'achat exceptionnel qui justifie l'intérêt d'un tel investissement pour le collège en joignant le guide d'équipement du laboratoire de technologie, et une petite étude de marché claire et concise avec devis à la clé. Le tout saupoudré d'une bonne dose de motivation et de conviction... Cela passe au CA... et, et moyennant un certain temps voir un temps certain la machine se retrouve livrée dans le laboratoire prête à être déballée et à fonctionner

Et comme j'ai eu pleins de questions sur quel est notre modèle :

easy3dmaker chez 3davenir

Stéphane Doye ( merci à Michel Lefevre pour son aide et son expérience)

Collège G. Philipes

Martigues