L'impression 3D dans l'éducation : technologies fondamentales et avantages clés

L'impression 3D est l'une des tendances technologiques les plus marquantes de ces dernières années, mais contrairement à l'idée reçue, elle ne se limite pas à un type de machine : il s'agit d'un ensemble de technologies permettant de créer des objets sans moules ni quantités minimales. Chaque technologie a ses propres usages, applications et matériaux.

Aujourd'hui, plusieurs appareils peuvent être très utiles en classe, et chaque année, de plus en plus d'écoles les adoptent pour mener des projets éducatifs. Les compétences STEAM (Sciences, Technologie, Ingénierie, Arts et Mathématiques), de plus en plus valorisées chez les jeunes pour leur insertion professionnelle, trouvent dans l'impression 3D un terrain d'application privilégié.

Importance dans l'éducation

L'impression de modèles 3D développe des compétences qui impliquent les élèves dans le processus, les amenant à s'adapter au changement et à résoudre leurs erreurs. L'apprentissage ne repose plus seulement sur l'observation, mais sur la pratique : concevoir et imprimer ses propres fichiers. En intégrant l'impression 3D en classe, les élèves développent créativité et sens de l'organisation en ouvrant leur esprit à une myriade de possibilités : création d'objets 3D monoblocs ou par assemblages, amélioration d'objets existants.

Passer du plan 2D à la conception 3D et pouvoir toucher ses propres créations apporte une approche bien plus concrète et dynamique de l'apprentissage. L'assimilation des connaissances s'en trouve naturelle.

La technologie 3D dans les écoles primaires et secondaires ne se contente pas de stimuler l'engagement et d'encourager la pensée créative pour enrichir l'apprentissage des matières STEM ; en l'intégrant à différentes disciplines, elle offre aux enseignants une plateforme pour préparer leurs élèves à l'avenir, facilitant l'acquisition de compétences en résolution de problèmes et l'expérience pratique.

Dans l'enseignement professionnel (VET), l'intégration de la technologie 3D va bien au-delà du simple fonctionnement des machines ; elle invite les élèves à explorer tous les aspects de la conception : du dessin sur papier à la modélisation par logiciel 3D, en passant par la préparation des fichiers pour l'impression 3D.

Les possibilités offertes par les imprimantes 3D pour l'éducation sont infinies, et elles peuvent s'adapter aux besoins de chaque niveau éducatif, assurant un retour sur investissement rapide. De nombreuses technologies d'impression 3D existent aujourd'hui, mais les deux plus courantes et accessibles sont le FFF/FDM et les technologies laser.

Extrusion de matière : FFF/FDM

La technologie FDM (Fused Deposition Modeling), aussi appelée FFF (Fused Filament Fabrication), est la plus répandue sur le marché. Elle consiste à obtenir une pièce par dépôt couche par couche d'un filament fondu, introduit dans un extrudeur qui le chauffe au-dessus de son point de fusion. Il existe deux diamètres de filament standards (1,75 mm et 2,85 mm). Le grand atout de cette technologie réside dans la grande variété de matériaux disponibles, leur coût économique et la possibilité de les combiner — par exemple, réduire le post-traitement du retrait des supports en utilisant un matériau de support soluble. De plus, la maintenance de ces équipements est très simple, se limitant au calibrage des axes ou au chauffage de l'extrudeur en cas de bouchage.

Cette technologie est idéale pour des pièces robustes, de grande taille, résistantes mécaniquement et thermiquement. Mais malgré ces avantages, elle ne peut rivaliser avec les technologies laser sur un point : bien que nécessitant plus de post-traitement, ces dernières sont beaucoup plus précises et rapides.

Technologies laser (SLA, SLS)

Ce type d'imprimante ne dépose pas de filament, mais projette la couche entière sur le matériau, qui se solidifie au fur et à mesure.

En stéréolithographie (SLA), la photopolymérisation se produit lorsqu'on expose une résine liquide photosensible à une source lumineuse. En contrôlant cette source, on façonne l'objet. La technologie utilise une cuve de résine liquide et, en déplaçant une plateforme de haut en bas, solidifie une couche de matériau à la fois à l'aide d'un laser.

Dans le cas du SLS (Selective Laser Sintering), il s'agit d'une technologie capable de fabriquer des pièces entièrement solides par frittage ou fusion de particules de poudre plastique ou métallique. Elle dépose une poudre très fine sur un lit plat, fusionne le matériau nécessaire, puis recouvre d'une nouvelle couche de poudre. La variante technologique dépend de la source d'énergie de fusion et du matériau utilisé. Pour le SLS, on utilise principalement du Nylon 12 (PA12), fondu par laser.

Ces technologies sont idéales pour réaliser de petits détails ou des finitions complexes sur des pièces nécessitant plus de robustesse, offrant une plus grande précision et un gain de temps d'impression. Cependant, elles sont plus coûteuses que l'impression par filament, tant pour la résine que pour la machine elle-même.

Et pour les enfants ? Il existe également des imprimantes adaptées au jeune public, dotées de toutes les mesures de sécurité et spécialement conçues pour répondre aux besoins des salles de classe : isolation, matériaux et fonctionnement spécifiquement pensés pour les enfants. Le fabricant d'imprimantes 3D de bureau XYZprinting a développé l'imprimante Toybox exclusivement pour les enfants. Mais il n'y a pas que les imprimantes 3D : par exemple, 3Doodler propose des packs éducatifs pour son stylo 3D.

Le stylo 3Doodler est un moyen simple d'intégrer l'impression 3D à l'école en facilitant la création d'œuvres d'art en 3D, offrant 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 cursus professionnels et scolaires est un fait établi. Et comme la formation est essentielle pour l'application et la mise en œuvre de la technologie 3D, surtout pour l'industrie, elle est devenue une nécessité professionnelle.

L'application pratique de cette technologie peut s'intégrer dans une grande variété de matières scolaires pour simplifier des concepts théoriques souvent difficiles pour les élèves. Pourtant, 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 réussies, son usage reste presque toujours cantonné à des projets spécifiques ou à des journées projet entières. Dans d'autres pays, comme les États-Unis ou le Royaume-Uni, elles sont intégrées dans les classes, conscientes de leur potentiel comme ressource éducative, de leur polyvalence et de leur capacité à encourager la participation active des élèves.

Parmi les raisons d'accélérer l'inclusion plus visible de cette technologie :

1. Motive l'élève et encourage l'apprentissage.
2. Accélère le processus d'apprentissage.
3. Améliore la rétention de l'information.
4. Développe l'esprit critique et réflexif.
5. Favorise l'apprentissage collaboratif et personnalisé.

En rendant tangibles certains projets, enfants et adolescents peuvent saisir des concepts complexes sous-jacents. En assimilant ces concepts par la pratique, les élèves restent motivés tout au long du processus d'apprentissage. Sans conteste, l'utilisation d'équipements 3D dans l'environnement éducatif permet aux élèves de réaliser différents projets et activités qui renforcent leurs compétences STEAM, améliorent leur travail d'équipe, valorisent leur estime de soi et stimulent leur créativité.