Avec la réforme du collège, les projets impliquant la fabrication de maquettes et autres dispositifs expérimentaux devraient se multiplier, notamment dans le cadre des EPI (Enseignements Pratiques Interdisciplinaires). Comment parvenir à concevoir et réaliser rapidement et simplement avec les élèves des pièces pour ces maquettes ?
Les professeurs de Technologie au collège utilisent depuis des années divers logiciels de modélisation 3D suivant le thème abordé. En 6è la modélisation 3D permet aux élèves de visualiser des mécanismes, comme une transmission par chaîne. Dans ce cas l’élève se contentera d’exploiter une modélisation 3D avec SolidWorks par exemple, ou un logiciel comme edrawing. En 5è, les élèves commencent à faire de la modélisation 3D en rapport avec le thème Habitat et ouvrages. Des logiciels comme Sketchup ou Sweet Home 3D sont souvent utilisés. En 4e et 3e, SolidWorks est à nouveau très utilisé, mais la modélisation avec ce logiciel nécessite une phase d’apprentissage délicate pour de nombreux élèves.
Logo du logiciel BlocksCAD (source : blockscad.einsteinsworkshop.com)
J’ai découvert très récemment le logiciel BlocksCAD qui me semble très intéressant pour concevoir de nombreuses activités pédagogiques. C’est un logiciel développé par Einstein’s Workshop, un centre de formation pour enfants dans la région de Boston aux Etats Unis. Le développement a été financé sous-licence libre grâce à une campagne de crowdfunding (financement participatif) en 2013 et 2014. BlocksCAD est basé sur Blockly qui est une brique logicielle conçue en 2013 par Google pour permettre le développement de logiciels pédagogiques d’apprentissage de la programmation. Blockly permet de concevoir simplement un logiciel où la conception se fait graphiquement en assemblant des blocs, comme avec Scratch ou AppInventor. Blockly permet de générer du code à partir de cet assemblage de blocs. Ici BlocksCAD génère une modélisation en 3D en utilisant le code du logiciel OpenSCAD qui est un logiciel libre de modélisation en 3D (à partir de scripts). Les modèles créés avec BlocksCAD peuvent être exportés au format OpenSCAD, mais ce n’est pas sa fonction principale. Par défaut BlocksCAD travaille avec des fichiers au format XML et génère un fichier au format STL (STereoLythography) qui est devenu le format le plus courant pour les logiciels d’impression 3D (comme RepetierHost qui est un logiciel libre).
BlocksCad m’a permis de concevoir et fabriquer des mécanismes à usage pédagogiques. Il s’agit de vrais mécanismes entièrement imprimables en 3D, constitués de pièces mobiles, avec différents types de liaisons, différents types de motorisations … Mais attention, pour imprimer toutes les pièces d’un petit mécanisme, il faut de 2h à 3h en moyenne. Cela nécessite généralement de l’ordre de 10 m de fil en PLA de 1,75 mm. A raison de 25 € la bobine de 1kg en moyenne (soit au moins 330 m), cela revient à quelques dizaines de centimes pour un petit mécanisme comportant quelques pièces, et moins de 2 euros pour un mécanisme comportant une vingtaine de pièces.
Même si BlocksCAD est simple, la conception des pièces d’un mécanisme n’est pas forcément simple. Mais un des intérêts de BlocksCAD est la possibilité pour l’enseignant de pouvoir donner aux élèves des modèles 3D de briques élémentaires : une sorte de bibliothèque de pièces mécaniques constituant une boîte de mécano virtuelle. On donnerait ainsi la possibilité pour les élèves de choisir les pièces correspondant à leur besoin, de les modifier pour tenir compte de leurs contraintes (parfois simplement en changeant des paramètres du modèle), de les assembler dans BlocksCAD, éventuellement de les animer (avec OpenSCAD), de les imprimer, de les assembler physiquement en les intégrant dans un système (avec une chaîne d’énergie et une chaîne d’informations), de valider des solutions techniques, …, que ce soit au collège ou au lycée. Il serait intéressant que les enseignants puissnet mutualiser les modèles 3D faits sous BlocksCAD pour constituer cette “boîte de mécano virtuelle”.
Voici quelques exemples que j’ai mis au point. Je les ais fabriqués et ils fonctionnent. Je publie ici des images et des vidéos issus des modèles 3D. Des photos et des vidéos des systèmes imprimés seront publiées prochainement.
1) Une pièce de base pour la construction de mécanismes : une barre avec des trous et un connecteur intégré à une extrémité
J’ai essayé de faire une conception paramétrique d’une pièce de base constituée d’une barre avec des trous (comme les jeux Mécano) avec un connecteur intégré pour obtenir des liaisons pivot : on peut choisir notamment le nombre de trous (n), la largeur de la pièce (b), la hauteur des deux premiers cylindres constituant les connecteurs (h1 et h2), … J’ai ajouté aussi un trou avec un méplat pour le moteur.
Exemple de pièce conçue avec BlocksCAD. Les couleurs ont été ajoutées à des fins pédagogiques (Source : LP2I)
L’ensemble est facilement paramétrable (Source LP2I)
Assemblage de deux barres, selon un angle que l’on peut facilement faire varier (voire animer avec OpenSCAD).
On peut très simplement imaginer et concevoir un tas de choses à imprimer en 3D. Ici les barres rouges sont imprimées sous la forme d’une seule pièce. Les liaisons cylindriques entre les pièces se clipsent et tournent bien.
2) Mécanisme bielle-manivelle
A partir de cette pièce de base j’ai conçu et imprimé en 3D un système bielle-manivelle à usage pédagogique. On peut notamment changer la course en connectant la bielle (en rouge) sur deux trous de la manivelle (en bleu). On peut allonger chacune des pièces pour y connecter d’autres pièces.
Système bielle-manivelle motorisé, conçu avec BlocksCad (Source : LP2I)
Arrière du système bielle-manivelle motorisé, conçu avec BlocksCad. Le moteur peut se fixer sur la partie orange. (Source : LP2I)
On peut aussi allonger la pièce verte en translation pour pouvoir y connecter un autre mécanisme. Il suffit de changer la valeur du nombre de trous pour cette pièce. (Source LP2I)