Processus d’apprentissage scolaire avec le système d’impression 3D

Les imprimantes 3D Dimension fournissent aux étudiants ainsi qu’aux enseignants un outil de travail exceptionnel, moins cher et facile d’utilisation et d’entretien pour explorer le plastique ABS. C’est aussi simple que l’impression d’un fichier en format papier.

Les imprimantes 3D aident les écoles, les lycées techniques et les universités à approfondir leur science en permettant aux élèves de construire des modèles 3D fonctionnels et de voir leurs idées se concrétiser dès le premier essai.

Designers, ingénieurs, architectes et fabricants considèrent le prototypage comme une étape cruciale du processus de conception. Vu la part importante que prennent la CAO et l’impression 3D dans ce dernier, une meilleure compréhension de ces technologies s’impose pour les étudiants de la filière conception. Avec une imprimante 3D profesionnelle, les élèves tout comme les professeurs peuvent dorénavant concrétiser une idée sous la forme d’un fichier CAO en un modèle en plastique ABS.

Ayant grandi au Texas, Tim Jump était loin d’imaginer que sa passion pour le bricolage et la manipulation de machines cassées allait l’emmener un jour à un poste d’enseignant dans une université privée du Minnesota.

« D’une certaine manière, j’ai trouvé un moyen de transformer mes passions d’enfance en une carrière enrichissante », a déclaré Jump. « Les gens de notre ancien quartier sont surpris d’entendre que le gamin qui a passé la plupart de son temps dans le garage à assembler une voiture œuvre maintenant pour inculquer une partie de cette passion chez des étudiants afin qu’ils s’intéressent plus à une carrière d’ingénieur ».

Actuellement, Jump dirige le programme Advanced Competitive Science (ACS) pour les élèves du niveau 10, 11 et 12 du Benilde-St. Margaret’s School à Minneapolis. Le programme facultatif, fondé par Jump il y a près de 11 ans, a été initialement conçu pour enseigner aux étudiants des éléments de la chimie, de la biologie et d’autres domaines connexes et les préparer à participer à des compétitions scientifiques. Mais, l’ACS s’est progressivement transformé en un programme d’ingénierie proprement dit. Il comprend maintenant trois années de cours visant à renforcer les compétences des étudiants dans la résolution des problèmes.

« La résolution des problèmes est un processus non linéaire qui prend beaucoup de temps. C’est pourquoi, nous avons décidé de nous attarder sur les premières étapes de notre programme pour créer une base solide et montrer aux étudiants comment affronter un défi d’ingénierie », a souligné Jump.

Le programme ACS a avancé à pas de géant au cours de ces dernières années. Des quelques étudiants intéressés au début des années 90, on est maintenant à 85 étudiants en première année et plusieurs dizaines en cours avancés. Tout ceci est dû en grande partie aux efforts d’orientation et de recrutement de Jump.

« De nombreuses écoles ont réduit ou supprimé complètement le financement de leurs programmes d’arts industriels. Notre école est unique, car nous sommes en mesure d’offrir aux étudiants un programme d’ingénierie à part entière », a souligné Jump. « Au cours de leur première année d’études, nous invitons les étudiants à une visite spéciale afin de les informer sur la possibilité de s’impliquer davantage avec le programme ACS. Nous leur montrons des exemples de projets ainsi que l’ensemble des technologies utilisés durant les cours. Nos efforts ont porté leurs fruits, car le programme rencontre de plus en plus de succès chaque année. »

L’un des outils technologiques innovants utilisés pour le recrutement en première année est l’imprimante 3D BST. Il s’agit d’un système de modélisation de bureau qui construit des modèles fonctionnels 3D à partir de plastique ABS, de bas en haut et une couche après l’autre.

« L’imprimante 3D nous a permis de réaliser des choses vraiment intéressantes avec les étudiants. Ce qui n’aurait pas été possible autrement », a déclaré Jump. « C’est un outil qui a non seulement aidé nos élèves à réussir en classe, mais qui leur a permis également de mieux comprendre certains concepts en ingénierie. »

Mettre en pratique le processus d’apprentissage par l’imprimante 3D

Le premier cours du programme ACS consiste à enseigner aux étudiants comment aborder les problèmes et, comme l’adit Jump, apprendre à penser et à décrire les choses comme un ingénieur.Durant la première année,un défi est lancé aux élèves : celui de concevoir et construire une structure reprenant une partie des blocs du jeu Lego Construction. Ils doivent ensuite tester l’intégrité structurale du modèle en l’accrochant au coin d’une table. Le projet permet aux étudiants de mettre en application les principes d’ingénierie qu’ils ont appris tout au long de l’année, et d’évaluer la structure qu’ils ont conçue sur des critères spécifiques comme le statisme et le déplacement.

Une fois que les élèves comprennent les concepts de base de l’ingénierie mécanique, ils sont prêts pour les deuxième et troisième cours. Ces derniers se concentrent davantage sur l’apprentissage des logiciels de modélisation 3D CAO Solid Works ainsi que sur d’autres outils d’ingénierie de pointe tels que l’imprimante 3D permettant de résoudre d’autres défis d’ingénierie plus complexes.

Depuis l’intégration de l’imprimante 3D dans son programme il y a 3 ans, Jump s’est extrêmement réjoui de la façon dont la technologie a aidé les étudiants à réaliser des découvertes.

Par exemple, au cours du deuxième cours, les étudiants sont initiés à un nouveau défi structural qui consiste à développer le projet Lego en créant un nouveau bloc de construction. Avant que Jump fasse appel à l’imprimante 3D, les étudiants auraient conçu les pièces et il aurait passé des heures après l’école à usiner les prototypes tout en sachant que dans la majorité des cas, ceux-ci ne fonctionneraient pas.

Maintenant avec l’imprimante 3D qui est facile à utiliser, les étudiants envoient simplement leurs fichiers de conception STL à la machine, tout comme ils envoyaient un document texte à une imprimante papier. En peu de temps, les pièces sont créées avec du plastique ABS fonctionnel. L’imprimante n’a pas seulement épargné de longues heures de travail, mais plus important encore, elle a permis aux élèves de s’engager totalement dans le processus d’apprentissage.

« Je ne pouvais expliquer à un étudiant toute la journée l’importance des principes de conception d’ingénierie, mais depuis qu’ils tentent de relever eux-mêmes les défis, de produire quelque chose par eux-mêmes et de faire des erreurs, ils n’étudient plus réellement », a dit Jump. Avec l’imprimante 3D, les élèves sont plus en mesure d’expérimenter et de tester leurs visions d’ingénierie. Ils peuvent mieux comprendre pourquoi une pièce travaillée fonctionne et pourquoi une autre ne l’est pas. L’imprimante a vraiment changé toute la dynamique d’apprentissage pour mes élèves. »

En fait, l’imprimante 3D est devenue si populaire auprès des étudiants que beaucoup s’amusent uniquement à voir la machine créer leurs pièces. Elle est également devenue un argument non négligeable pour impliquer les élèves dans le programme ACS.

« Les étudiants sont fascinés par l’imprimante. Je pourrais vendre du pop-corn et du soda et faire fortune », a déclaré Jump. « Ils sont tout simplement hypnotisés par ce que peut faire cette technologie. Nous pouvons concevoir une pièce, appuyer sur le bouton Imprimer et la produire en réel. C’est magique ! »

Robocup Rescue

En troisième année, les élèves commencent à appliquer leurs connaissances à des défis d’ingénierie plus complexes et avancés. En 2004, Jump a décidé d’élargir le défi au-delà de la salle de classe en les impliquant dans la compétition d’ingénierie RoboCup Rescue. Il s’agit d’un événement international annuel qui donne la possibilité aux étudiants du monde entier la possibilité de développer un robot de Recherche et sauvetage en milieu urbain (RSMU) capable de réaliser des techniques spécifiques de secours en cas de catastrophe.

Comme il s’agit de l’unique école supérieure pouvant prendre part à cet évènement, Jump a jugé que ses étudiants sont prêts pour affronter une compétition d’une telle ampleur.

« J’ai été ravi de trouver une occasion pour exposer mes étudiants à des programmes d’ingénierie universitaires internationaux », a déclaré Jump. « Je n’avais aucune attente en participant à l’évènement sauf le fait de s’amuser et de permettre aux étudiants de s’ouvrir à des opportunités de carrière dans l’ingénierie. »

Les élèves de Jump ont travaillé la conception de leur robot RSMU en utilisant l’imprimante 3D. Etant donné que les imprimantes 3D utilisent du matériel plastique ABS durable et fonctionnel, les étudiants ont pu concevoir, imprimer et utiliser des pièces imprimées dans le robot. Le tout en économisant du temps et en respectant le budget prévu pour le projet.

Jump et ses étudiants ont apporté leur robot achevé à l’US Open RoboCup Rescue, et ont concouru contre de prestigieux programmes universitaires comme la Carnegie Mellon, l’Université de Pittsburgh et de l’Etat de Colorado. Au grand étonnement de toute l’assistance, Jump et son équipe ont remporté la compétition et ont gagné une place à la compétition mondiale qui s’est tenue au Japon où ils étaient classés dixième. C’était une expérience incroyable pour un groupe d’étudiants qui avait seulement commencé à comprendre les principes fondamentaux de l’ingénierie.

Nous dresser contre ces programmes universitaires et en sortir haut les mains était tout simplement incroyable », a souligné Jump. « La plupart des robots contre lesquels nous avons concouru ont été développés avec des centaines de milliers de dollars, alors que notre robot a seulement coûté 4 000$ environ. Ceci est dû en partie à notre imprimante 3D. »

Préparation des étudiants pour la prochaine étape

Ce dont Jump est tout particulièrement fier, c’est que le succès de son programme ACS ne s’est pas arrêté avec la compétition RoboCup. Grâce à sa passion et sa détermination pour introduire les élèves dans le monde de l’ingénierie, le programme a connu de bons résultats en préparant les étudiants à poursuivre leur voie dans le domaine de l’ingénierie.

Récemment, deux des anciens élèves de Jump ont été admis au programme d’ingénierie de l’Etat de l’Iowa. Ils ont été immédiatement sollicités par les professeurs pour participer à plusieurs projets de recherche vu leur expérience en ingénierie de conception à travers le Programme ACS. Un autre ancien élève a obtenu son diplôme de Masters à l’Institut de Technologie de Massachussets et a continue ses études pour devenir ingénieur de développement de produits pour Medtronic, un fabricant d’appareils médicaux basé dans le Minnesota.

« Parce que nous utilisons des outils technologiques de pointe dans notre programme, tels que l’imprimante 3D, les étudiants sortant du programme reçoivent une meilleure considération de la part des Universités. Ils peuvent réellement parler d’ingénierie », a dit Jump. « Nous sommes extrêmement heureux de ce que l’imprimante 3D a apporté à notre programme ».