Quelle découpeuse laser pour les écoles? Partie 2: quels sont les usages scolaires?

Cet article fait suite à la première partie: qu’est-ce qu’une découpeuse laser. Après avoir vu les différents types de découpeuses laser, il faut s’intéresser à l’usage pédagogique qu’on peut en faire. Ainsi, cela permettra de définir les meilleurs choix qualitatifs et pédagogiques pour choisir un modèle de découpeuse laser. Je précise que je me focalise ici sur l’école obligatoire, en particulier pour la classe d’âge des élèves de 12 à 16 ans, mais il est possible d’extrapoler pour des élèves d’autres catégories d’âge. Cet article est plus orienté pédagogie et moins technique.

Une découpeuse laser, tout comme une imprimante 3D ou une Silhouette Cameo, a principalement deux usages distincts:

  1. L’usage par les enseignants pour la conception et la fabrication de matériel pédagogique
  2. L’utilisation en classe par les élèves comme outil pédagogique en lien avec l’enseignement.

Usage par les enseignants

Prise en main

Souvent, lorsqu’une découpeuse laser (ou toute autre machine-outil) arrive à l’école, les enseignants commencent par l’utiliser eux-mêmes, pour des projets personnels ou pour la fabrication de matériel pédagogique pour leur enseignement. Ces deux usages sont à encourager. En effet, cela permet à l’enseignant d’acquérir de l’expérience sur l’usage des découpeuses laser, des différents matériaux et des contraintes que cela implique. Cette expérience acquise vise à les sécuriser dans leurs compétences techniques afin de diminuer au maximum les problèmes une fois que ces machines seront utilisées en présence des élèves. L’enseignant doit en priorité pouvoir se concentrer sur son cours et sur la sécurité. Il faut toujours garder à l’esprit qu’un enseignant qui teste et utilise des outils, surtout informatiques, même pour son usage personnel, c’est un enseignant qui apprend et monte en compétence.

Une autre approche vient souvent de l’enseignant curieux qui s’équipe pour son usage personnel, puis prend son matériel en classe pour un usage avec les élèves. On a vu cela à de très nombreuses reprises avec les Silhouette Cameo et les imprimantes 3D. L’enseignant acquiert des compétences avec un usage privé (mais souvent en lien avec son travail) puis, une fois l’outil maîtrisé, décide de l’utiliser avec des élèves. Il n’y a rien d’étonnant à cela. L’enseignement est souvent un métier de passionnés qui essaient de partager leurs passions avec leurs élèves. On a ainsi vu des enseignants faire de la photo argentique, du cinéma, du cirque, de l’escalade, du théâtre, des comédies musicales, de la robotique, de l’électronique et bien d’autres choses avec leurs élèves, parce qu’ils sont passionnés par cela et surtout compétents. Ils arrivent ainsi à mettre en place un démarche pédagogique, souvent par projets, qui permet d’intégrer et travailler les objectifs pédagogiques d’une manière innovante et motivante pour les élèves.

Quelques exemples de réalisations par des enseignants pour les élèves

Il est possible de créer des plateaux de jeu, des formes géométriques pour des travaux de mathématique, découper des cartes, créer et personnaliser des panneaux d’activités, des boîtes de rangement, des pièces de jeu personnalisées, mais aussi des tampons ou couper du tissu…

Les découpeuses laser ont ainsi toute leur pertinence en ACT/ACM. En effet, cela permet de créer des kits en contreplaqués qui serviront de base aux élèves pour travailler différentes techniques créatives. On le sait, on trouve ces kits par exemple chez Opitec. Mais ils sont souvent onéreux et avec la réduction des budgets, cela devient difficile de les commander. Or, on peut réaliser ses kits personnalisés en contreplaqués avec une découpeuse laser. Voici un exemple parlant: fabrication et décoration d’un coucou:

Le coucou a été dessiné sur un logiciel de dessin vectoriel ou de dessin 3D et exporté en SVG ou DXF avant d’être découpé sur du contreplaqué 4mm. Ce dernier est très bon marché et convient bien.

Les élèves peuvent ensuite décorer le coucou avec différentes techniques, selon leurs envies.

Photos: carinebricole.ch

Les enseignants n’ont pas forcément les compétences techniques nécessaires pour réaliser les modèles. Par contre, il est possible de trouver pour une poignée de francs (souvent moins de 3 francs) des milliers de modèles prêts à découper sur la plateforme Etsy. Le problème étant la difficulté à se faire rembourser ensuite par son employeur.

Voici un exemple d’un calendrier perpétuel venant de la plateforme Etsy et qui a servi de base pour un double travail de création en art visuel et en ACT, avec la technique de la peinture sur soie. Il s’agissait de représenter sa famille.

Photos: carinebricole.ch

A ce stade, il me paraît important d’ajouter une précision: la découpeuse laser ne se substitue pas aux apprentissages des élèves; ici, celui de découper avec une scie à chantourner. Dans le cas du coucou et du calendrier perpétuel, il serait complètement illusoire et pédagogiquement contre-productif de demander à des élèves de 4 et 5P de réaliser des découpes aussi complexes. Ce n’est du reste pas dans les objectifs de ces deux réalisations. Ce qui a été réalisé à la découpeuse laser ne sert que de support créatif, comme le serait une feuille de papier. Mais au contraire d’une feuille de papier, le coucou et le calendrier apportent un contexte et un but à la création et donc un facteur de motivation pour l’élève. En effet, l’activité et ses apprentissages sont inscrits dans la réalisation d’un objet hors du commun, tout en travaillant plusieurs techniques manuelles et créatives. Les retours très positifs des parents en sont la preuve. On aurait pu, dans le cadre du coucou, se contenter de réaliser uniquement le petit jardin au pied du coucou. Mais ce dernier apporte tout le contexte et surtout une page blanche pour laisser la créativité des élèves s’exprimer. La diversité des créations parle d’elle-même. A noter encore que le support permet le travail de nombreuses techniques. Si elle avait été équipée, l’enseignante aurait pu, par exemple, faire de la pyrogravure pour la décoration. Dernier point important: dans le cas du coucou et du calendrier, l’enseignante a montré aux élèves une vidéo du processus de fabrication à la découpeuse laser, tout en l’expliquant. Enfin, n’oublions pas le fait que les élèves doivent poncer et coller les objets, avec précision.

L’un des usages les plus intéressants d’une découpeuse laser est la personnalisation d’objets réalisés par les élèves. Et ici, l’enseignant n’a pas besoin de compétences numériques étendues. Il lui suffit de savoir scanner. L’élève réalise sa décoration au feutre noir, l’enseignant scanne le dessin, le met à la bonne taille et le grave sur la matière. Cela peut être du bois, mais aussi de nombreuses autres matières, comme du cuir. Dans l’exemple ci-dessous, les élèves ont réalisé des petites balles en cuir, qui ont été personnalisées par leurs soins à la découpeuse laser:

Dans l’exemple suivant, l’enseignante avait comme projet de faire réaliser aux élèves un petit porte-monnaie en cuir. Les élèves choisissaient alors leur cuir, dessinaient au feutre noir leur décoration personnalisée, qui était ensuite scannée. L’enseignante pouvait alors ajouter du texte à l’ordinateur, avant de graver le tout.

Photos: carinebricole.ch

N’oublions enfin pas tous les petites utilisations pour la vie scolaire d’un établissement, à commencer par la réalisation de prix personnalisés.

A savoir que ces prix ont été réalisés avec le logiciel Silhouette Studio. Beaucoup d’élèves connaissent ce logiciel, puisque l’ayant utilisé en cours d’ACT/ACM, quand ils ont eu la chance d’avoir des enseignantes et enseignants qui utilisent des Silhouette Cameo et disposent d’ordinateurs pour permettre aux élèves de créer leurs modèles. Ici, il suffit d’avoir un seul ordinateur avec la licence Business pour pouvoir ouvrir les projets d’élèves et les exporter en SVG pour la découpeuse laser. Le processus de création est expliqué ici.

Usage par les élèves

Parlons de sécurité

Si on peut mettre facilement entre les mains des élèves une Silhouette Cameo, une imprimante 3D, un télescope ou un appareil de photo 35mm, je pense que ce n’est pas le cas des gravures/découpeuses laser. Il y a un risque très important de blessures: brûlures, bien sûr, mais surtout de dommages permanents au niveau des yeux.

Petit aparté: certains collègues et moi avons souvent été effarés du manque de sécurité (disons plutôt de l’absence totale de sécurité) lors d’usage de lasers pour des cours d’optique en science. Imaginez alors utiliser un laser de 40W sans aucune sécurité qui pourrait définitivement endommager l’oeil d’un élève en une fraction de seconde.

Les lasers, selon leur puissance et risque, entrent dans différentes classes de 1 à 4, cette dernière étant la plus dangereuse. La SUVA a rédigé une excellente documentation disponible ici.

C’est pourquoi l’encadrement des élèves avec une découpeuse laser est indispensable, comme cela serait le cas en atelier de travaux manuels avec un tour, un poste à braser ou toute autre machine représentant des risques.

Exemples d’usage de la découpeuse laser par des élèves

On peut trouver de nombreux exemples d’usages pour des découpeuses laser dans l’excellent article « Revolutionizing Education through Laser Cutting & Engraving: Ignite the Maker Spirit in Students » de Lev Uzlaner.

Outre la personnalisation d’objets, comme nous l’avons déjà vu, les élèves peuvent utiliser la découpeuse laser au même titre qu’une imprimante 3D: pour réaliser des objets qu’ils auraient dessinés et réaliser des prototypes rapidement. Contrairement à la réalisation d’un objet en 3 dimensions destiné à l’imprimante 3D, l’usage de la découpeuse laser va ajouter une difficulté supplémentaire: penser 3D à partir d’éléments 2D. On est dans le même concept qu’un kit de meuble Ikea à plat, qui une fois monté, donnera une armoire en 3D (quand tout va bien…). Des notions d’assemblage entrent alors en jeu, ainsi que de tolérances.

Prenons un exemple: la consigne donnée aux élèves était de réaliser une catapulte, avec le moins de colle possible. La surface au sol totale de la catapulte ne devait pas excéder une feuille A4.

Les élèves ont préparé leurs dessins en 2D sur Shapr3D. Ils ont ensuite utilisé la découpeuse laser pour réaliser des prototypes, souvent nombreux. Pour limiter les coûts et surtout accélérer le temps de découpe, les prototypes sont découpés dans du carton de récupération. L’épaisseur ne correspond naturellement pas, mais cela permet déjà de contrôler à moindres frais la taille des différents éléments.

Pour terminer, voici un dernier exemple: un élève avait comme projet d’examen de construire un radio-réveil avec mise l’heure automatique et affichage de la température. Il a décidé de réaliser le boîtier de son réveil en acrylique à la découpeuse laser.

Bilan

A la lecture de ce qui précède, la conclusion sera que tout comme une imprimante 3D ou une Silhouette Caméo, une découpeuse laser n’est pas indispensable dans une école. Néanmoins, elle ouvre aux enseignants et aux élèves une nouvelle fenêtre d’opportunités et de possibilités pédagogiques, tout en donnant corps à une réalité physique et concrète à l’éducation numérique. Enfin, n’oublions pas les compétences en mathématiques mobilisées par les élèves quand ils créent des modèles pour la découpeuse laser. Dernier point, qui me tient particulièrement à cœur; tout comme la Silhouette Cameo ou l’imprimante 3D, l’utilisation d’une découpeuse laser par les élèves les sensibilise à cette notion de machine-outil, qui est fondamentale et pourtant invisible dans notre société. En effet, lorsque les tâches simples et répétitives sont automatisées, cela ajoute une plus-value au geste et au savoir-faire de l’artisan.

Remerciements

  • A Carine, qui a accepté de tester de nombreuses activités impliquant une découpeuse laser durant ses cours d’ACT en primaire.
  • A Colin et Jonathan, enseignants de travaux manuels à Ecublens, pour m’accompagner dans mes projets bizarres.
  • Aux Ecoles d’Ecublens et à la Commune d’Ecublens, qui ont rendu possible l’installation d’une découpeuse laser XL dans les ateliers de travaux manuels.
  • A Stephan, pour la relecture et ses commentaires pertinents.

Imprimante 3D: imprimer des emporte-pièces en enfantine

Activité pédagogique d’Education Numérique réalisée dans la classe 1-2P/10 de Mme Shirin Russell-Luget – EPS Ecublens

Aujourd’hui, j’ai déposé notre nouvelle imprimante 3D Prusa MK3s de l’école dans une classe d’enfantine (maternelle). Objectif: chaque élève doit dessiner son emporte-pièce de biscuits de Noël et l’imprimante le fabrique sous ses yeux.

J’avais déjà réalisé cette activité en 2016. A cette époque, avec l’Ultimaker 2+ et le site cookiecaster.com, fermé depuis. Cette année, je relance l’activité, ayant trouvé un remplaçant crédible à cookiecaster en la présence de https://app.cookiecad.com. Il est gratuit et suffisamment simple pour pouvoir être utilisé par des enseignants sans formation 3D. Enfin, j’ai pu remplacer l’Ultimaker 2+, parfois très capricieuse, par la géniale Prusa Mk3s, bien plus simple d’utilisation.

Déroulement

Etape 1: présentation de l’imprimante. Partir de l’exemple du tampon encreur que les élèves connaissent bien. Partir sur l’imprimante papier (2D). Arriver à l’imprimante 3D par analogie: quand tu fais une tour en Kapla, tu fais un premier étage de Kapla. Puis un second, puis un troisième…

Etape 2: présentation de différents emporte-pièces aux élèves. Faire définir aux élèves les caractéristiques d’un emporte-pièce: tour fermé. Intérieur vide.

Etape 3: les élèves dessinent leur emporte-pièce au crayon sur une feuille A4. Consigne: faire un grand dessin.

Etape 4: après validation de l’enseignante, les élèves repassent leur forme au stylo noir épais.

Etape 5: l’enseignante scanne les dessins.

Etape 6: l’enseignante envoie les dessins scannés sur https://app.cookiecad.com et génère la forme de l’emporte-pièce. Elle l’exporte en STL.

Etape 7: passage dans le slicer (ici Prusa Slicer). Ce logiciel permet de découper en tranche la forme 3D et paramètre tous les déplacements de l’imprimante 3D. C’est lui qui « traduit » le fichier 3D en des instructions compréhensibles par l’imprimante 3D.

Etape 8: impression 😃!

Pendant ce temps, les élèves colorient leur dessin, qui sera joint à l’emporte-pièce.

Pendant ce temps, l’imprimante continue son travail…

Exploitation pédagogique

L’imprimante 3D permet à l’élève de voir se réaliser son dessin « en vrai ». Mais avant d’y arriver, il faut comprendre les contraintes de l’emporte-pièce: un dessin fermé, représentatif. Un travail préliminaire pourrait être fait sur la silhouette. Avec des élèves un peu plus grands, je partirais sur le travail de la silhouette de l’élève de profil, dont on ferait un emporte-pièce à son image.

Objectifs pédagogiques

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Réparer le minuteur d’une HappyPress

Les plotters à découper Silhouette Cameo et bon nombre de nos appareils sont mécaniquement et électroniquement très simples. Loin d’être un désavantage, c’est souvent un facteur de fiabilité, de durabilité, mais surtout de facilité à réparer. Aujourd’hui, on s’attaque au minuteur d’une HappyPress

L’HappyPress de Happy Fabric est la compagne idéale de la Silhouette Cameo. Cette petite presse de transfert à chaud permet une bien meilleure application et tenue du flex sur les tissus.

HappyPress 3

La HappyPress 3 est dotée d’une minuterie paramétrable, qui s’enclenche quand la presse est fermée, et bippe lorsqu’il faut la rouvrir. Cela signifie qu’il y a un capteur qui indique à la presse sa position (fermée ou ouverte). Le capteur utilisé est très simple; il s’agit d’un contact Reed. En gros, lorsqu’un aimant s’approche du contact, son champs magnétique ferme mécaniquement un circuit électrique. C’est simple, bon marché, diablement efficace et fiable…

Le contact Reed de la HappyPress 3 est situé dans un petit boîtier en plastique.

Le problème est que ma femme, enseignante, utilise souvent son matériel privé avec des élèves. Et l’un de ces derniers a (probablement volontairement) cassé le boîtier en plastique. De telle manière qu’il ne puisse pas être recollé.

On voit nettement l’aimant vissé sur le socle. Le contact Reed est maintenu en place par de la colle chaude

Après avoir délicatement dégagé le contact Reed, on se rend compte qu’il est entier. Du reste, en l’approchant de l’aimant, le minuteur se met en route.

C’est ici qu’on va utiliser une autre excellente machine: l’imprimante 3D pour créer un nouveau petit boîtier en plastique. On va commencer par prendre les cotes de la pièce.

Dans un logiciel 3D (ici Fusion 360, mais Tinkercad, en-ligne, gratuit et très simple d’utilisation ferait parfaitement l’affaire), on réalise une nouvelle pièce. Par souci de simplicité, l’ouverture est réalisée sur le dessus, et pas contre la poignée. On n’oublie pas l’encoche pour passer les fils.

On passe ensuite par l’imprimante 3D. La pièce étant petite et les parois fines, j’ai choisi remplissage de 100%.

On visse la pièce en place, on y met le contact Reed. On ferme la presse, pour vérifier que le minuteur fonctionne bien.

On met alors un point de pistolet à colle de chaque côté pour maintenir le contact Reed en place. Pourquoi ne pas entièrement remplir de colle chaude? Parce que si un élève a pu casser la pièce, il peut la casser à nouveau. Dans ce cas, avec un minimum de colle, il sera plus facile de la remplacer à nouveau.

Pour récupérer les fichiers 3D: https://www.thingiverse.com/thing:5063834

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Une alternative à la Fimo… et une leçon d’humilité

Jusqu’à maintenant, je pensais, naïvement, que j’allais éduquer mes enfants. Mais je fais quoi quand ma gamine de 10 ans possède le génie créatif de sa maman et de sa tata? Petit projet « je finis vite avant d’aller au lit »… J’avoue… j’en suis incapable. Réalisé sans modèle.

 

 

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Création d’un tampon encreur à la découpeuse laser et imprimante 3D

Ma femme Carine, pour l’un de ses cours AC sur l’art postal, a besoin d’un faux tampon postal d’Attalens, d’un diamètre de 6.5 cm.

La réalisation d’un tampon sur mesure par une entreprise spécialisée est trop onéreux… et surtout pas dans l’esprit maker.

Voilà le résultat:

Réalisation du tampon

Création du design

Un tampon postal est graphiquement relativement simple. Comme il est réalisé à l’aide d’une découpeuse laser (on le verra plus loin), il nous faut une image vectorielle, au format SVG. Pour la réaliser, on peut utiliser différents logiciels, comme Illustrator (MAC/PC, payant et très cher), Inkscape (MAC/PC, open source et gratuit) ou Intaglio (MAC, payant, mais présent sur le master cantonal vaudois).
Intaglio est clairement le plus simple d’accès (inspiré de l’ancien module vectoriel d’AppleWorks), mais aussi le plus limité en fonctions.

Pour créer le château, j’ai importé une photo et ai simplement suivi les bords avec l’outil Trait.

Le tampon est réalisé en assemblant les différents éléments: texte, château, cercles…

Une fois le tampon réalisé, il faut le mettre en négatif et en miroir, avec le choix de couleur correspondant à la fonction marquage de la découpeuse laser. Comme la découpeuse laser du FabLab de Fribourg est pilotée depuis Inkscape, j’utilise ce programme pour finaliser mon projet.

On envoie ensuite le tout à la découpeuse laser. Il existe une matière de type caoutchouc spéciale pour faire les tampons sur les découpeuses laser. Cette dernière va commencer par graver le tampon, avant de faire un tour de découpe.

La découpe a été réalisée sur la découpeuse laser du FabLab de Fribourg. On trouve aussi des FabLabs à Renens, Nyon, Neuchâtel, Sion, Bienne, Ins, Genève, Berne, ainsi qu’à la HEP Vaud.

Réalisation de la poignée

La poignée a été créée directement sur Thingiverse. En supprimant le texte; on se retrouve avec un fond plat pour y coller le tampon.

On imprime ensuite la poignée avec une imprimante 3D.

Au final, le résultat donne un tampon personnalisé parfaitement fonctionnel, pour un coût entre 3 et 5 CHF.

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Impression d’un support pour stylos pour la Silhouette Cameo

Silhouette USA vend très cher le support pour stylos pour son plotter à découperSilhouette Cameo. Grâce à ce fichier et une imprimante 3D, on peut les fabriquer à la chaîne pour quelques centimes!

Attention à ne pas forcer pour introduire le porte-stylo! Il s’imprime à la bonne taille sur une Vertex K8400, mais est un peu grand lorsqu’il est imprimé avec une Ultimaker 2. Dans ce cas, réduire très légèrement la taille de la pièce à imprimer.

Imprimante 3D en enfantine: les emportes-pièces pour biscuits de Noël

Suite à mon tutoriel sur la création d’emportes-pièces avec une imprimante 3D et la formation Emitic qui s’ensuivait, ma collègue Françoise, enseignante en enfantine (CP/CE1) à Ecublens mis en pratique tout cela avec ses élèves.

Chaque élève a dessiné son emporte-pièce (on dit forme à biscuits, en Suisse). Françoise les a ensuite transformés en objets 3D avant de les imprimer devant les élèves. L’Ultimaker 2 trônait en effet à côté de son bureau, en classe. Les élèves ont ainsi pu suivre la création de leur forme.

L’emporte-pièce, le dessin original de l’élève, le tout dans un joli sachet avec une petite carte: et voilà un cadeau de Noël original pour les parents!

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N’allez pas penser que les formes sont simplistes. En effet, dès la création du dessin, les élèves devaient penser à ce que cela allait donner en volume et surtout tenir compte des nombreuses contraintes imposées par le projet: imaginer une surface et en réaliser le tour en un trait, ne pas faire le dessin trop petit et de surfaces trop étroites, afin de tenir compte des contraintes du travail avec la pâte à biscuit… Il faut donc mentalement faire coïncider les ligne, la surface et le volume.

Voici le commentaire de ma collègue Françoise sur l’activité:

« Une belle aventure autant pour les élèves et pour l enseignante !!!! Pour offrir un cadeau de Noël utile et personnel, qui dure longtemps. Elle permet de réussir quelques soient les capacités des élèves, car il y a toujours la possibilité de prendre un chablon pour un élève en grande difficulté ou d’utiliser différentes techniques comme la géométrie pour faire l’ourson pour les élèves plus grands . Après on regarde l imprimante travailler 😉 ».

 

Objectifs du PER travaillés:

  • A 11 AV — Représenter et exprimer une idée, un imaginaire, une émotion par la pratique des différents langages artistiques…
  • A 13 AV — Explorer diverses techniques plastiques…
  • A 11 AC&M — Représenter et exprimer une idée, un imaginaire, une émotion par la pratique des différents langages artistiques…
  • A 13 AC&M — Explorer diverses techniques plastiques et artisanales…
  • MSN 11 — Explorer l’espace…
  • FG 11 — Exercer un regard sélectif et critique…

Rien que ça!

Petits moules pour pâte Fimo

Essai réussi de petits moules pour faire des bijoux en pâte Fimo. Le moule a été créé à partir d’une image en PNG grâce au site cookiecaster.com. Le moule a ensuite été mis à différentes échelles dans Cura, le logiciel qui prépare les objets pour l’imprimante 3D. Le papillon le plus petit été modifié dans SketchUp, afin d’épaissir les parois, devenues trop fines par la réduction de taille.

Les avantages sont de pouvoir proposer aux élèves plusieurs tailles, de réaliser des moules de formes n’existant pas dans le commerce, mais aussi de pouvoir facilement en réimprimer en cas de perte ou de casse. Il est aussi possible de réaliser le moule à partir d’un tracé réalisé au stylo noir, puis scanné.

L’impression de quatre papillons prend ainsi 22 minutes sur la K8400 et coûte 8 centimes de matière première.