Quelle découpeuse laser pour les écoles? Partie 3: quels modèles de découpeuses choisir?

Cet article fait suite à la première partie: qu’est-ce qu’une découpeuse laser et à la seconde partie: quels sont les usages scolaires. Il est temps maintenant de s’intéresser aux différents choix de découpeuses qui s’offrent aux écoles et aux enseignants. Attention, les choix ci-dessous ne sont pas exhaustifs, mais représentent ce qui, à mon sens, ce qui est le plus recommandable pour les écoles en mai 2024. Dernière précision: ces choix sont issus de longues et passionnantes discussions avec mon compère Stephan Cuttelod, que je remercie ici. Le marché évolue vite, les modèles aussi. Les prix baissent aussi rapidement dans certaines gammes.

Les découpeuses qu’il ne faut surtout pas utiliser en classe!

Quelle idée de commencer une liste de recommandations par ce qu’il ne faut (surtout!) pas emmener en classe!

Les découpeuses laser qui ne sont pas de classe 1

Les types de découpeuses laser ci-dessous devraient être formellement interdits en classe!

Ces découpeuses laser n’offrent pas d’enceinte de protection suffisante pour protéger les yeux et des brûlures. Ces découpeuses n’offrent pas non plus d’évacuation des fumées hors de la classe; or ces dernières peuvent être toxiques. Je sais que c’est frustrant, surtout que ces découpeuses ne coûtent pas cher.

Pour être employée en classe, une découpeuse laser devrait:

  • Etre certifiée classe 1. En dehors de cette classe, des mesures de sécurité particulière pour les personnes présentent doivent être prises, en particulier la protection des yeux. Or, la paire de lunettes souvent fournie avec ces découpeuses ne répondent à strictement aucune norme de sécurité. Pour utiliser en classe une découpeuse laser qui ne serait pas de classe 1, il faudrait donc équiper chaque élève d’une paire de très chères lunettes de protection certifiées. Au final, l’achat d’une découpeuse laser de classe 1 revient bien moins cher.
  • Avoir une évacuation des fumées. Même en n’utilisant que du bois massif, les découpeuses dégagent d’importantes quantités de fumées. Quand on utilise du contreplaqué ou du MDF, on ajoute à cela des colles nocives. On ne parlera alors même pas de l’acrylique. Enfin, on peut se tromper de matière et donc générer du chlore, ou pire, du cyanure. On comprendra dès lors qu’une bonne évacuation des fumées est importante pour la santé de toutes les personnes présentes en classe.

En utilisant de telles découpeuses laser en classe, l’enseignant engage sa propre responsabilité en cas de problème.

Les découpeuses laser CO2

J’utilise depuis plus de 10 ans des découpeuses laser à CO2 dans des FabLab. Mon école en est équipée et j’en possède une; je pense donc avoir une assez bonne vision d’ensemble sur cette technologie. Elle a de nombreux avantages: fortes puissances, rapidité de travail, variété de matériaux pouvant être découpés, comme l’acrylique. Néanmoins, c’est une technologie qui demande de l’entretien, mais aussi des réglages réguliers, qui requièrent des compétences solides. Si personne ne les a dans l’établissement, au moindre problème, la découpeuse prendra la poussière. C’est pourquoi le choix d’une découpeuse laser au CO2 doit être mûrement réfléchi. Dans tous les cas, il faudra éviter pour d’évidentes raisons de sécurité les découpeuses laser bon marché d’origine chinoise, comme les K40.

Quels sont les choix qui s’offrent à nous, et à des prix abordables? Voici les modèles que j’ai sélectionnés avec comme principal critère la facilité d’utilisation et de maintenance. Ils offrent aussi un service après-vente et possèdent de très nombreux tutoriels vidéo sur YouTube. Ils offrent toutes les conditions de sécurité recherchée et offre de nombreux accessoires. Enfin, ces modèles sont disponibles en Suisse et peuvent donc être commandés avec une facture suisse.

Les découpeuses laser à diodes

Les découpeuses laser à diodes ont comme principaux avantages leur facilité d’utilisation et d’entretien, leur faible encombrement, pour une surface de travail très honorable. A nouveau, les critères de choix prennent en compte la sécurité d’utilisation en milieu scolaire, mais aussi la polyvalence et la qualité des machines.

Creality Falcon2 Pro 40WCreality Falcon2 Pro 60WxTool S1 BlueFlux Ador
Classe de sécurité1111
Puissance40 W60 W40 W20 W
Surface de travail400 x 415 mm400 x 400 mm498 x 319 mm430 x 290 mm
Profondeur de l’espace de travailInconnuInconnu42 mm
125 mm avec extension
30 mm
Epaisseur de
coupe max (indicatif)
20 mm22 mm (bois)
30 mm (acrylique noir). 0.2 mm (acier)
18 mm15 mm
Vitesse max400 mm/s700 mm/s600 mm/s400 mm/s
Caméra
Autofocus
Air assistInconnu
Laser supplémentaire1.6 W pour les détails fourni1.6 W pour les détails fourni2 W IR pour le métal (en option)2 W IR pour le métal (en option)
Outil rotatifEn optionEn optionFourni, selon kit choisiNon
ParticularitéLit adaptable et tiroir pour évacuation des déchetsPas encore en vente en Suisse (précommande)Peut graver sur des surfaces courbesDécoupe et imprime en couleur en même temps (en option)
ConnexionUSBUSBUSB / WiFiUSB / WiFi
LogicielLightburn
LaserGRBL
Lightburn
LaserGRBL
Lightburn
LaserGRBL
Propriétaire
Prix indicatif1’700 CHF2’900 CHF2’400 CHF1’400 CHF
FournisseurDigitec3djake.chJasandoEducatec
L’avis de FredA mon sens, c’est le meilleur rapport qualité/prix. La machine est facile à mettre en oeuvre. L’absence d’autofocus supprime une cause de panne et le réglage est simpleC’est l’imprimante la plus puissante. Vu les limitations des lasers diode (pas de découpe d’acrylique transparent, par exemple) et vu le prix, l’alternative d’une laser CO2 est à envisagerC’est la découpeuse à diode la plus polyvalente. Néanmoins, la largeur de découpe est limitée. C’est l’OVNI de la gamme, la seule découpeuse à offrir la fonction impression + découpe. Attention au prix des consommables et aux matériaux compatibles

Conclusion

On constate une course à la puissance des découpeuses à diode. Or, pour 95% du travail effectué en classe, c’est inutile. Il est extrêmement rare de découper des épaisseurs de matériaux dépassant les 8 à 10 mm. Enfin, pour de la gravure, de telles puissances sont inutiles. Par ailleurs, il s’agit de se poser aussi la question de la longévité de ces étages de diodes qui permettent d’arriver à de telles puissances. On manque encore de recul sur ce point.

Les principaux critères de choix seront donc:

  • Quels seront les matériaux utilisés? Si on prévoit la découpe régulière d’acrylique transparent, il faut s’orienter vers une découpeuse à CO2. Idem si on prévoit le marquage du métal (attention: aucune des découpeuses présentées ici ne peut « graver » le métal).
  • Quels seront les travaux réalisés avec la découpeuse? La taille de ceux-ci va aussi influencer sur le choix de la découpeuse. Je travaille régulièrement avec une Falcon 2 22W, et j’apprécie la grande surface de son lit, similaire aux modèles Pro. Et c’est aussi un avantage, je trouve, de pouvoir avoir la même taille en largeur et en longueur.
  • Quel est le niveau de compétence des enseignants qui vont utiliser les découpeuses laser? Les découpeuses à CO2 sont plus contraignantes et demandent plus de maintenance et des compétences techniques plus poussées.

Il reste un point encore à éclaircir: l’accès aux pièces de rechange et aux accessoires en Suisse. Pour cela, il faudra regarder au cas par cas.

Les modèles présentés ont été choisis parce qu’ils respectent la classe 1 en matière de sécurité, mais aussi parce qu’ils sont disponibles en Suisse. Enfin, j’ai volontairement choisi des fabricants qui ont déjà plusieurs années d’expérience et qui ont une bonne réputation en matière de qualité. J’ai volontairement écarté les lasers de l’entreprise Glowforge, car toute impression passe par les serveurs de Glowforge. La découpeuse doit en effet être connectée à Internet. L’utilisateur, lorsqu’il envoie une découpe, l’envoie aux serveurs de l’entreprise, sur lesquels la découpeuse va les chercher. Avec les systèmes de sécurité mis sur certains réseaux des écoles (comme le réseau EDU-VD vaudois), cela peut poser problème. Par ailleurs, il y a une inconnue quant à la protection des données. Enfin, si l’entreprise met la clé sous la porte et éteint ses serveurs, les (très chères) découpeuses ne peuvent plus servir.

Et ensuite?

Le marché de la découpeuse laser pour particuliers est très jeune, en particulier pour des lasers répondant à la classe 1. Celui-ci va certainement encore beaucoup bouger ces prochains temps. D’autres acteurs vont très certainement arriver sur ce marché. On peut par exemple penser à l’entreprise Silhouette ou à Bambu Lab, spécialisée, comme l’était Creality, dans les imprimantes 3D. Je n’ai pas non plus parlé de la Snapmaker Artisan, qui fait trois-en-un: imprimante 3D, CNC et découpeuse laser (classe 1). Je pense que ce modèle nécessite un article à lui tout seul.

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.

Quelle découpeuse laser pour les écoles? Partie 1: qu’est-ce qu’une découpeuse laser

L’école a souvent été le reflet de l’évolution de la société en intégrant les dernières technologies au service de la pédagogie plus ou moins rapidement. On peut citer naturellement la calculatrice, l’ordinateur, mais aussi les imprimantes. Ont suivi les robots, Internet, Wikipedia, les tablettes, les beamers, les écrans interactifs. Souvent, ce sont des enseignants convaincus qui font leusr premiers essais pédagogiques dans leur coin, la plupart du temps avec leur propre matériel. Puis des évaluations pédagogiques sont faites, et les technologies sont adoptées, rejetées ou déployées à large échelle, au grès des courants pédagogiques et politiques.

Dernièrement, ce sont les imprimantes 3D et les plotters à découper, comme les Silhouette Cameo, qui ont massivement intégré nos écoles. Nous voyons une démocratisation des outils industriels, avec un plongeon des prix et simplification de leurs usages, avec une adaptation des logiciels pour le grand public. Les prochaines machines qui commencent à arriver dans les écoles sont les CNC et les découpeuses laser. Dans cet article, je me concentrerai sur les découpeuses.

Qu’est-ce qu’une découpeuse laser?

La découpeuse laser, aussi appelée graveuse laser, permet de découper et graver différents matériaux à l’aide d’un laser monté sur des axes X et Y.

Selon le type de laser et sa puissance, on peut découper du bois, du contreplaqué, du plexi, du carton, du cuir et graver ces mêmes matières, ainsi que le verre, l’ardoise, la pierre ou le métal. Pour cela, on va partir d’un fichier 2D vectoriel.

Quels sont les types de découpeuses laser?

On peut globalement séparer les découpeuses laser en 3 catégories:

Laser CO2

Cette technologie est basée sur un tube laser, qui génère un rayon infrarouge (donc invisible). Ce rayon est ensuite dirigé par une série de miroirs sur une tête de découpe, qui contient une lentille qui va focaliser le rayon.

Schéma d'une découpeuse laser CO2

On va retrouver des petites découpeuses sans marque chinoise (en général de 40W, les fameuses K40), jusqu’à des découpeuses professionnelles de plusieurs centaines de Watts de puissance.

Découpeuse laser chinoise K40
Découpeuse laser Trotec, de fabrication autrichienne

Il y a autant de différence entre une K40 et une Trotec, en matière de sécurité, de fiabilité, de prix et de coût d’entretien, qu’entre une 2CV et une Rolls-Royce. Je vous invite du reste, au sujet du prix, à consulter l’article suivant. La Trotec est la découpeuse de référence dans de nombreux FabLabs suisses.

  • Précision élevée : Les découpeuses laser CO2 permettent des coupes très précises, même sur des détails fins, ce qui est idéal pour des applications complexes et délicates.
  • Polyvalence : Ces machines peuvent couper une grande variété de matériaux non métalliques comme le bois, le plastique, le verre, le papier, et même certains métaux fins, rendant l’équipement adapté à divers secteurs.
  • Qualité de coupe : La qualité des bords de coupe est généralement très élevée, avec peu ou pas d’ébarbage, ce qui réduit le besoin de finitions supplémentaires.
  • Non-contact : La découpe laser est une méthode non-contact, ce qui signifie qu’il y a moins d’usure sur l’outil et pas de déformation du matériau due à une pression physique.
  • Automatisation et répétabilité : La découpe laser CO2 peut être facilement automatisée et intégrée dans des systèmes de fabrication numérique, permettant une grande répétabilité et efficacité dans la production.
  • Coût initial élevé : L’achat et l’installation d’une découpeuse laser CO2 peuvent représenter un investissement initial considérable. En effet, il faut impérativement éviter les découpeuses lasers chinoises sans marque, qui présentent de très grands risques pour la sécurité.
  • Coûts de fonctionnement : Les composants de la machine, comme les miroirs et les lentilles, peuvent s’user et nécessiter des remplacements périodiques. Les coûts de fonctionnement peuvent donc être élevés. Par exemple, un tube CO2 doit être remplacé régulièrement (5’000 à 10’000 heures de fonctionnement). Un tube laser de 100W coûte plus de 1’000 CHF et est très difficile à trouver en Suisse. Il en est de même pour les miroirs et les lentilles. Il faut pouvoir s’approvisionner directement en Chine.
  • Encombrement : les découpeuses laser CO2 sont souvent très encombrantes et lourd. Par ailleurs, elles nécessitent impérativement un système de refroidissement à eau externe. Elles sont difficiles à déplacer et nécessitent une remise en service à chaque déplacement.
  • Limitation de matériaux : Bien qu’elles soient polyvalentes, les découpeuses laser CO2 ne sont pas idéales pour tous les types de matériaux, notamment certains métaux épais ou réfléchissants qui peuvent nécessiter un laser de type différent (comme un laser à fibre).
  • Sécurité : Le rayon laser est invisible. Il faut donc impérativement un interrupteur de sécurité lors de l’ouverture de l’enceinte de protection. Les découpeuses laser chinoises présentent de très nombreux risques de sécurité (électrique, incendie,…).
  • Compétences nécessaires : si l’usage d’une découpeuse laser CO2 est relativement simple, sa maintenance et les réglages périodiques nécessitent de solides compétences et de l’expérience. Une mauvaise manipulation peut détruire le tube laser.

Découpeuses laser à diodes

Les premières découpeuses à diode (en l’occurrence des graveuses) ont été bricolées à partir de composants de graveurs DVD. En particulier, il s’agissait d’utiliser la diode qui permettait de graver les DVD. Des châssis spécifiques ont ensuite été conçus et des diodes toujours plus puissantes utilisées. Actuellement, on peut monter jusqu’à des puissances de 40W en combinant le rayon de plusieurs diodes.

Source: Creality

On trouve des découpeuses laser à diode « nues » à petit prix. Ces dernières sont beaucoup trop dangereuses pour un usage scolaire.

Découpeuse laser à diode « nue »

Depuis peu, les principaux fabricants (Creality, Xtool) commencent à proposer des lasers à diode enfermés dans une enceinte avec suffisamment de sécurités pour obtenir la certification Laser Classe 1, ce qui les rend utilisables en toute sécurité en classe.

Creality Falcon2 Pro
  • Coûts réduits : les découpeuses laser à diode sont beaucoup plus simples que celles avec un tube CO2. Elles sont donc d’un coût bien inférieur. Pour une découpeuse compatible avec un travail en présence d’élèves, on commence avec un prix de 1500 CHF.
  • Taille compacte : Les systèmes à diode sont souvent plus compacts et légers que leurs homologues CO2, ce qui les rend idéaux pour un usage en classe. Ils sont aussi facilement transportables d’une classe à l’autre selon les besoins de l’école. Par ailleurs, les découpeuses laser à diode ne nécessitent pas de l’encombrant refroidissement par eau.
  • Maintenance réduite : Les lasers à diode nécessitent généralement moins de maintenance que les lasers CO2, car ils ont moins de composants optiques sensibles (comme les miroirs) qui doivent être nettoyés et alignés régulièrement.
  • Longue durée de vie : Les diodes laser peuvent avoir une durée de vie plus longue en termes d’heures d’opération avant de nécessiter un remplacement, contribuant à réduire les coûts à long terme.
  • Bonne pour les matériaux fins : Les découpeuses laser à diode sont particulièrement efficaces pour la découpe de matériaux fins et délicats, offrant une bonne qualité de coupe avec un minimum de dommages thermiques sur les bords. C’est aussi particulièrement le cas pour les gravures.
  • Faciles à mettre en oeuvre : le fonctionnement des découpeuses laser à diode est relativement simple. Un enseignant peut facilement l’utiliser et faire la maintenance.
  • Puissance limitée : Les lasers à diode offrent généralement moins de puissance que les lasers CO2, ce qui limite leur capacité à couper des matériaux épais ou très réfléchissants.
  • Surface de coupe restreinte : souvent la surface de travail d’une découpeuse laser à diode est limitée à environ 40x40cm.
  • Gamme de matériaux restreinte : En raison de leur puissance limitée et de la longueur d’onde spécifique du laser, les découpeuses à diode ne sont pas aussi polyvalentes que les lasers CO2 pour travailler avec une large gamme de matériaux. Il est par exemple très difficile de découper du Plexiglas ou de l’acrylique transparents.
  • Vitesse de découpe : Les vitesses de découpe peuvent être plus lentes, particulièrement pour des matériaux plus épais, en raison de la puissance limitée disponible.
  • Qualité de coupe variable : La qualité de la coupe peut varier en fonction du matériau et de l’épaisseur, avec parfois des bords moins nets ou plus de dommages thermiques comparés à ceux obtenus avec un laser CO2 plus puissant.

Graveuses laser fibre

Je mentionne juste en passant les graveuses laser fibre. Leur usage est très spécifique: la gravure, en particulier sur métal, pour des médaillons, par exemple. Ces machines travaillent sur des surfaces réduites et ne sont pas adaptées pour la découpe. Dès lors, je ne les intègre pas dans cette étude.

Dans cette première partie, je vous ai exposé les principaux types de découpeuses laser potentiellement à disposition des écoles. Dans la prochaine partie, je vais aborder les usages des découpeuses laser et, en fonction, le ou les choix idéaux pour une école.

Créer un trophée scolaire avec Silhouette Studio et une découpeuse laser

Celles et ceux qui suivent ce blog ont probablement vu que j’utilise Silhouette Studio pour créer des objets pour la découpeuse laser. C’est en effet l’un des meilleurs logiciels de vectorisation, et surtout un logiciel de dessin vectoriel très simple.

Aujourd’hui, je dois créer un trophée pour un concours d’écritures de nouvelles dans mon école. Les géniales bibliothécaires de mon établissement m’ont demandé cela:

Bon, vu la finesse du bec de la plume: aucune chance. Idem pour l’écriture, malgré notre excellente Prusa. Ce serait beaucoup de travail pour un résultat fragile et décevant. Par contre, nous avons la chance, dans mon école, d’avoir une découpeuse laser, en plus des deux imprimantes 3D. Et là, il y a quelque chose à faire en Plexiglas. Voici un exemple:

La carte d’invitation ci-dessus a été réalisée avec Silhouette Studio. Les images ont été vectorisées et le texte ajouté.

J’ai donc proposé un trophée réalisé en Plexiglas transparent, avec un support en bois. L’idée est d’utiliser le logiciel de la Silhouette Cameo, à portée de tous les enseignants.

Etape 1: Dessiner le trophée

Pour cette étape, pas de problème pour qui sait utiliser une Silhouette Cameo. On importe, vectorise, dessine, écrit. Cela peut se faire sur la version gratuite Silhouette Studio, qui reste l’un des meilleurs outils de vectorisation. On met déjà en couleurs différentes les différents calques. Ici: rouge = coupe, noir = gravure.

Prototype 1
Premier projet. Le nom de l’élève vainqueur va remplacer celui de Lovecraft.

Je suis parti d’un dessin de plume, vectorisé. Le socle est un rectangle. J’ai utilisé l’outil offset pour réaliser le tour de la plume. J’ai fusionné le rectangle et le tour de la plume. J’ai ensuite corrigé certains points et ajouté des arrondis sur le rectangle.

Projet final, avec les arrondis

Etape 2: Export SVG

La découpeuse laser a besoin d’un dessin au format SVG. L’export n’est possible qu’avec la version Buisness de Silhouette Studio. La bonne nouvelle: il suffit d’un ordinateur équipé dans l’école pour pouvoir le faire, en ouvrant le fichier Silhouette Studio réalisé sur un autre ordinateur. C’est notre cas dans mon école: 3 ordinateurs ont la licence Buisness et j’en ai une à titre personnel. Sinon, on peut demander à une connaissance qui la possède (par exemple moi…) ou à un FabLab (j’y reviendrai).

Export SVG

Etape 3: import dans le logiciel de découpe et prototype

Pour le moment, je n’ai fait qu’un prototype en contreplaqué, moins cher que le pexi. Après validation, le projet définitif sera réalisé en plexiglas. Le plexi que nous utilisons a exactement la même épaisseur que celle de la lame de la scie circulaire de la salle des Travaux Manuels de l’école. La réalisation du socle en bois sera donc très simple. Le prototype a été réalisé sur ma découpeuse laser personnelle. Le projet final sera fait sur celle de l’école.

Découpe du prototype
Prototype en contreplaqué pour validation

Et voici le prototype en Plexiglas, réalisé dans une chute.

Il reste le socle à faire en bois, modifier le nom pour mettre celui du vainqueur et découper la version finale.

Conclusion

En partant d’un logiciel simple et très utilisé par les enseignants, Silhouette Studio, on voit que le saut vers la découpeuse laser est très facile; car il suffit d’avoir accès à une licence Silhouette Studio Business, qui pourra ouvrir le projet et l’exporter en SVG. Cela permet de se passer d’Inkscape ou d’Illustrator, bien plus complexes d’accès. Surtout, cela ouvre la porte de la découpe laser aux plus grands nombres.

A quoi servent les imprimantes 3D à l’école?

Les imprimantes 3D ont le vent en poupe ces dernières années et leur utilisation s’étend de plus en plus, y compris dans le milieu scolaire. En effet, ces outils peuvent être particulièrement utiles pour aider les élèves à mieux comprendre certains concepts et à développer leur créativité. Mais comment utiliser les imprimantes 3D à l’école de manière efficace et en valorisant le travail des élèves ?


Tout d’abord, il est important de souligner que l’utilisation des imprimantes 3D à l’école nécessite une préparation et une planification adéquates. Il convient de définir les objectifs pédagogiques visés et de choisir les projets qui permettront de les atteindre de manière concrète et ludique. Par exemple, on peut utiliser l’impression 3D pour illustrer des concepts mathématiques en fabriquant des modèles de solides géométriques, ou pour aborder des thèmes scientifiques en créant des maquettes de systèmes biologiques ou de phénomènes physiques.
Il est également important de prendre en compte les contraintes techniques et logistiques liées à l’utilisation de ces outils. Il faudra par exemple s’assurer de disposer d’une imprimante 3D de qualité et fiable, et de la formation et du support nécessaires pour son utilisation. Il conviendra également de mettre en place un système de gestion des impressions et de suivi des projets, afin d’optimiser l’utilisation de l’outil et de favoriser la collaboration entre élèves.
Enfin, il est essentiel de valoriser le travail des élèves et de leur donner l’opportunité de mettre en œuvre leur créativité et leur esprit de découverte. Pour cela, il est recommandé de les impliquer dans la définition des projets et de leur laisser une certaine liberté dans la conception et la réalisation de leurs créations. On peut par exemple leur donner pour consigne de créer une pièce ou un objet à partir d’une fonction précise, ou de résoudre un problème technique en utilisant l’impression 3D.
Voici trois exemples d’utilisation des imprimantes 3D à l’école :

  1. En classe de science, les élèves peuvent utiliser une imprimante 3D pour créer des modèles de cellules, de systèmes organiques ou de structures moléculaires. Cela leur permet de mieux comprendre ces concepts et de les visualiser de manière concrète.
  2. En technologie, les élèves peuvent utiliser une imprimante 3D pour créer des prototypes de leurs propres inventions. Cela leur donne l’opportunité de mettre en pratique leurs connaissances et de voir comment leur création pourrait fonctionner dans la vie réelle.
  3. En mathématiques, les élèves peuvent utiliser une imprimante 3D pour créer des modèles de solides géométriques et les manipuler pour mieux comprendre leurs propriétés. Cela peut aider à rendre l’apprentissage de ces concepts plus concret et plus facile à comprendre.

    En plus de ces avantages pour l’apprentissage, l’utilisation des imprimantes 3D peut également valoriser le travail des élèves. En leur donnant la possibilité de concrétiser leurs idées et de voir leur travail prendre forme sous leurs yeux, les imprimantes 3D peuvent encourager les élèves à être plus créatifs et à prendre plus d’initiatives dans leur apprentissage.

    Texte intéressant, n’est-ce pas? Or, il n’est pas de moi, mais généré par ChatGPT, la nouvelle Intelligence Artificielle qui fait fureur, avec les consignes suivantes:

    Ecris un article de blog sur l’utilisation des imprimantes 3D à l’école selon les contraintes suivantes:

    -au moins 500 mots

    -au moins 3 exemple

    -en valorisant le travail des élèves.

    De Silhouette Studio à la découpeuse laser

    Les découpeuses laser demandent des fichiers au format vectoriel. Inkscape est complexe, Illustrator hors de prix. Or, le meilleur logiciel de vectorisation (le plus simple, le plus efficace) reste celui de la Silhouette Cameo: Silhouette Studio. Avec la version business, il est possible d’exporter en SVG, ce qui est tout ce qu’il nous faut pour une découpeuse laser. Voici un petit exemple de workflow pour réaliser une licorne en acrylique pour une jeune fille.

    1. Vectoriser l’image et créer le document sur Silhouette Studio

    Rappel: il faut la version « business édition » pour faire un export en SVG.

    2. Importer le fichier SVG dans LightBurn et configurer la découpe

    3. Faire plaisir!

    Découpe dans de l’acrylique rouge foncé.

    Le papa va réaliser une base lumineuse avec des LEDs 🙂

    Marquer (graver) de l’acier inox avec une découpeuse laser CO2

    Note: ce qui suit a été réalisé avec une découpeuse laser CO2 50W. La procédure est la même pour les lasers à diode (à partir de 15W).

    Une découpeuse laser, on l’a vu dans les précédents articles, permet de découper. On a aussi vu que cela permet de graver/marquer des matériaux tendres. Mais qu’en est-il du métal, en particulier de l’acier inox?

    Avec une découpeuse laser, hors découpe, il y a 3 moyens de faire une marque sur du métal:

    Source: Trotec

    La gravure est illusoire sur les découpeuses laser CO2. Il faudrait une découpeuse laser à fibre; même si sous certaines conditions, certaines découpeuses laser CO2 peuvent découper du métal (tête spéciale, forte puissance et apport d’oxygène).

    Il nous reste donc le recuit et le retrait de revêtement. Le plus simple étant le retrait de revêtement. C’est ce qu’on trouve typiquement pour le marquage de plaques d’aluminium.

    Gravure sur aluminium anodisé

    Il s’agit simplement d’évaporer la couche de peinture superficielle sur le matériau. Seulement, cette couche de peinture s’enlève par frottement et sur la durée, le résultat est décevant.

    Maintenant, qu’en est-il lorsqu’il n’y a pas cette couche de peinture? Prenons l’exemple de l’acier inoxydable. Dans ce cas, on ne peut pas partir sur une gravure avec un laser CO2. Il va falloir faire du recuit. L’idée n’est donc pas de graver le métal, mais de le recuire, c’est-à-dire de réchauffer suffisamment la surface de métal pour qu’elle fonde et s’oxyde superficiellement. Lorsque la surface refroidit, elle a changé de couleur, étant oxydée, sans aucune perte du matériau. Le processus est décrit en détail ici: https://www.laserax.com/fr/blog/graveur-laser-sur-acier-inoxydable. Autre avantage: cela n’altère pas la propriété inoxydable de l’acier.

    Il y a un problème, néanmoins: l’acier inox est réfléchissant. Il renvoie donc le rayon laser, et ne peut donc pas chauffer suffisamment pour générer le processus de recuit. Il faut donc réaliser un coating sur le métal. Je pense que la meilleure traduction est enrobage. On le fait à l’aide d’un produit qui supprime le côté réfléchissant du métal et qui permet d’accumuler la chaleur du laser aux endroits voulus. Il existe des sprays spécialement conçus pour cela, mais qui coûtent une véritable fortune.

    On trouve ainsi différentes marques de sprays ou peintures pour marquer le métal (le terme anglais est etching), comme Enduramark ou CerMark, tous à des prix exorbitants.

    Certains utilisent alors de ma moutarde pour enrober les pièces à marquer! Et cela semble fonctionner très correctement. D’autres produits, comme certains lubrifiants semblent aussi fonctionner. Pour ma part, j’ai testé d’enduction de la partir à marquer avec un stylo permanent large et noir de marque Edding, très courant en Suisse. Le résultat est à la hauteur:

    Marquage sur inox

    Sur la photo ci-dessus, on voit, à droite du « C », le premier essai, sans utiliser le stylo noir: très léger et ténu.

    Voici un essai avec un de mes vieux couteaux Victorinox:

    Passage au stylo permanent noir
    Mise en place dans la découpeuse
    Marquage avec le laser
    Résultat avant nettoyage à l’alcool à brûler
    Résultat final

    Découpeuse laser: pourquoi mes fichiers ne sont pas à la bonne taille?

    Pour réaliser une découpe laser, on part en général d’un fichier vectoriel; en SVG la plupart du temps. Seulement, une fois importé, et ce dans la plupart des logiciels de gestion de découpeuse laser, on se rend compte que les dimensions ont été la plupart du temps réduites. Pourquoi? Et bien cela tient à la résolution du fichier, différente selon le logiciel utilisé pour le créé. Par exemple, Inkscape créé normalement des fichiers SVG à 96 DPI, alors qu’illustrator le créé à 72 DPI. Il y a un rapport de 1.333… entre les deux. Concrètement, voilà ce que cela donne:

    Le fichier bleu est l’original à 72 DPI, et est donc trop petit par rapport à la taille réelle de ce qui doit être découpé, qui est en 96 DPI. Du reste, si on ouvre le fichier SVG dans un éditeur de texte (car il s’agit bien de suite de coordonnées), on se rend compte qu’il a été créé par Illustrator. Ce dernier est alors en 72 DPI.

    Que faire, donc?

    Premièrement, lorsqu’on ignore la provenance du fichier SVG qu’on va découper, il faut toujours contrôler sa taille dans le logiciel de découpe.

    Deuxièmement, par défaut, la plupart des logiciels de découpe sont paramétrés en 96 DPI. En cas d’importation d’un fichier à 72 DPI, il faut lui faire une modification d’échelle de 133% (96/72=1.3333…). Si la fonction échelle en % n’existe pas, il faut multiplier la largeur et la hauteur par 1.333

    Si on sait qu’on va majoritairement travailler avec des fichiers SVG d’une résolution de 72 DPI (c’est mon cas, puisque j’utilise Illustrator et Affinity Designer), on peut, dans certains logiciels, paramétrer la résolution par défaut.

    Dans Lightburn, cela se passe ici:

    Préférences/File Settings

    On peut alors choisir sa résolution par défaut. Mais dès qu’il s’agira de découper un fichier d’une provenance inconnue, il faudra toujours continuer à contrôler la taille.

    En cas de doute, il suffit en général d’ouvrir le fichier SVG dans un éditeur de texte pour, sur les premières lignes, trouver avec quel logiciel il a été généré.

    La solution ultime consiste, une fois le fichier SVG ouvert dans un éditeur de texte, à supprimer les arguments width et height (soit ce qui est encadré dans l’exemple ci-dessous). Le fichier s’affichera alors normalement est toujours à la bonne taille, quel que soit le réglage de résolution par défaut du logiciel.

     

    Ressusciter une découpeuse laser 40k chinoise – Episode 5

    A propos de la sécurité

    On ne va pas se mentir: la Chine a des normes de sécurité bien en-deça des nôtres… et je le constate en découvrant la découpeuse laser.

    Sécurité électrique

    Commençons pas les normes électriques. Il y a un danger certain à utiliser une machine qui génère de la haute-tension pour alimenter le tube laser (on parle ici de 15’000 volts!)… et qui a une carcasse entièrement métallique! A l’arrière de la machine, il y a un connecteur pour la mise à terre…

    Seulement, la mise à terre se fait normalement par prise électrique (phase, neutre, terre). Je suis donc allé regarder dans ma machine, car parfois, ce n’est pas le cas:

    Outre la saleté (d’origine…), on voit que la terre de la prise est reliée avec le câble jaune à la carcasse. J’ai donc supprimé le connecteur fragile, poncé pour mettre le métal à nu et fixé le tout avec vis et écrou inox.

    Avec un multimètre, j’ai vérifié que j’avais une résistance quasi-nulle entre ma terre et plusieurs points de la carcasse de la découpeuse. Mais à quoi donc sert ce connecteur? Il semblerait que dans de nombreuses régions (et dans certains vieux bâtiments chez nous aussi), il n’y ait pas de terre, mais que la phase et le neutre, dans les installations électriques des bâtiments. Ce connecteur sert alors à faire une terre.

    Sécurité optique

    La particularité du laser au CO2 est que son rayon est invisible. Et si vous voulez voir les dégâts occasionnés par un tel laser sur un oeil, je vous laisse regarder cette vidéo très instructive:

    Les lasers au CO2 sont des lasers de classe 4, soit les plus puissants. La SUVA a édité une brochure d’information pour l’utilisation de toutes les classes de laser. Il y est spécifié ceci:

    Les lasers des classes 3B et 4 doivent être entièrement protégés par un blindage et une enceinte pour garantir qu’aucun rayonnement ne s’échappe vers l’extérieur. Dans ce cas, le laser équipé d’une enceinte fermée correspond à la classe 1. Tous les écrans de protection (blindage) importants pour la sécurité doivent être surveillés par des interrupteurs de sécurité et ne doivent pouvoir être enlevés qu’à l’aide d’outils.

    Prenons le premier point: l’enceinte. Si on regarde la photo ci-dessous, on pourrait penser que tout est en ordre.

    Il n’en est rien, car il y a les ouïes de ventilation sur le devant, qui ne sont pas protégées par un écran en polycarbonate.

    Deuxième point. Regardez bien cette vidéo:

    Source

    Les découpeuses fonctionnent avec la porte ouverte. Il n’y a pas d’interrupteur de sécurité pour l’ouverture de la porte; ni au niveau du lit de découpe, ni au niveau du tube laser! Naturellement, aucune paire de lunettes de protection n’est fournie. Autant dire que je ne laisserai jamais mes enfants utiliser cette machine en l’état sans surveillance. Et on oublie complètement pour un usage scolaire! A l’école, nous avons une découpeuse laser de marque Bodor, aussi de fabrication chinoise. Le prix n’est pas le même, mais le niveau de finition et de sécurité, à tout point de vue, non plus! Au moins, sur ma découpeuse, il y a un bouton coup-de-poing d’arrêt d’urgence… mais j’avoue ne pas encore l’avoir testé! Je vais donc préventivement commander deux ou trois paires de lunettes de sécurité.

    Pour résumer cette petite partie sur la sécurité, je vous invite à regarde cette vidéo, qui résume bien ce dont je viens de parler:

    Ajoutons au risque direct du laser l’ensemble des risques suivants:

    Source: SUVA

    Nous pouvons donc commander en Chine librement et sans aucune compétence en la matière des appareils qui demandent des connaissances pointues pour son utilisation, sans compter celles nécessaires pour un usage en sécurité. Ces machines ne sont très clairement pas aux normes européennes et son la plupart du temps livrées sans mode d’emploi. Heureusement, leur déploiement en mains néophytes est freiné par leur prix… mais on commence à voir pulluler sur les sites de vente chinois des « découpeuses » laser (en réalité des graveuses) basées sur des diodes de fortes puissances. Ces machines n’ont pas de protection et sont potentiellement mises entre toutes les mains.

    A minima, avant d’opérer sur une découpeuse laser, il faudrait impérativement suivre une formation dans un FabLab. Là, les risques et les mesures de sécurité sont en général très clairement expliqués… en prenant en compte que les FabLab suisses sont souvent équipés de découpeuses laser Trotec, d’origine européenne, avec absolument tous les systèmes de sécurité nécessaires.

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    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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    Imprimer le relief terrestre en 3D

    L’ensemble des données altimétriques de la Terre est disponible gratuitement sur Internet. Dès lors, pourquoi ne pas les exploiter pour modéliser et imprimer le relief terrestre en 3D? C’est ce qu’a fait notre collègue bernois Gregor Lütolf, qui a imprimé en 3D le canton de Berne au 1:25’000! Les impressions ont été réalisées avec une Ultimaker 2.

    Ce travail nécessite néanmoins de maîtriser des logiciels de Système d’Information Géographique (SIG), relativement complexes. Il existe maintenant une méthode plus simple, qui s’appuie sur les données altimétriques de GoogleEarth: Terrain2STL: http://jthatch.com/Terrain2STL/. Ce site web permet en effet de sélectionner un polygone n’importe où dans le monde et de l’exporter au format .stl, donc prêt pour l’impression en 3D. La résolution verticale est de 90m. Voici comment faire.

    Création du fichier .stl

    Aller sur http://jthatch.com/Terrain2STL/ et sélectionner la partie du monde voulue.

    Cliquer sur Model Details. Modifier Box size. Ce paramètre permet de sélectionner la taille de la zone de sélection du terrain.

    Box Scalling Factor permet d’augmenter la taille de la zone de sélection au-delà de la taille maximum. Cela permet de prendre en compte de très grandes régions; mais souvent, le serveur patine et retourne une erreur avec les très grandes zones.

    Box Rotation permet de faire tourner la zone de sélection.

    Enfin, et c’est très important, Vertical Scalling permet de modifier le facteur de l’axe Z. Cela permet d’accentuer le relief. Voici un premier exemple:

    Dans le cas du Mont Everest, on peut remarquer qu’une échelle de l’axe Z similaire aux axes X et Y suffit pour bien percevoir le relief.

    Voici maintenant le cas d’Ecublens et de sa moraine. Avec une échelle 1:1 pour les axe X, Y et Z, la perception du relief est difficile, contrairement à une échelle 4:1 pour l’axe Z.

    Évidemment, on ne va pas traiter la Hollande comme le Népal! Une approche pédagogique intéressante, pour la Suisse, est de générer un modèle des Alpes avec un facteur de multiplication de l’axe Z de 2 et de l’imprimer. Puis de refaire la démarche avec un facteur de 1. Dans ce cas, la hauteur des montagnes est proportionnelle aux axes horizontaux. Cela permet de relativiser la hauteur réelle des Alpes…

    Enfin, les dernières options Water and Base Settings permettent de baisser le niveau des océans, afin de mettre en évidence les côtes (Water Drop) et d’augmenter la hauteur de la base du modèle 3D (Base Height).

    Finalement, il suffit de cliquer sur Create and Download pour générer et télécharger un fichier au format .stl, qui peut ensuite directement être utilisé dans un slicer pour générer les instructions nécessaires à l’imprimante 3D. Le modèle étant souvent de très grande taille, supérieure au volume d’impression maximum d’une imprimante 3D, il convient de le réduire à une taille correcte.

     

    L’impression

    Comme l’axe X et Y ont souvent une résolution supérieure à l’axe Z, il est souvent plus intéressant d’imprimer le fichier verticalement. Attention néanmoins avec des reliefs prononcés, qui s’imprimeront mal, faute de support. C’est le cas dans l’image qui suit, de toutes les parties en rouge.

    Le relief vert a été imprimé verticalement. Le blanc horizontalement. L’avantage de l’impression horizontale, même si la résolution est moindre, est que chaque couche fait comme une courbe de niveau.

    Aller plus loin

    Sans aller jusqu’à se former sur de complexes systèmes d’information géographique, il est possible de pousser le concept un peu plus loin. Un nouveau site est en effet apparu, similaire à Terrain2STL, mais qui offre beaucoup plus de paramètres de configuration. Enfin, il offre sur l’ensemble de la planète une résolution de 30m au lieu de 90. Ce site se trouve à l’adresse http://touchterrain.geol.iastate.edu/ et a été créé par l’Université de l’Iowa. Il permet entre autres de paramétrer des zones de sélection beaucoup plus finement que les zones préconfigurées de Terrain2STL.

     

     

    Pièces de Tetris lumineuses géantes avec Arduino et des Neopixels

    Le choeur secondaire de mon école a monté, pour son dernier spectacle « Svetlana et le Krock ». Il s’agit d’un petit conte musical, onirique et poétique, ou Svetlana, adepte des jeux vidéo et des écrans, rencontre le Krock, échappé de l’écran de sa télévision.

    Comme toujours, Blandine, l’enseignante, a soigné la mise en scène, les décors et l’éclairage. C’est là où j’interviens, avec la création de deux pièces de Tetris géantes et lumineuses; le L et le T. Le L fait 1.80m de haut, le T en fait 1,20m. Chaque cube fait 60cm de côté. Contrainte supplémentaire: les élèves doivent pouvoir s’asseoir et monter sur les pièces. L’objectif était de déclencher un waouh effect auprès du public.

    Voilà donc la base de la structure, réalisée en 3 plis et en lambourdes.

    Les faces sont en pavatex, découpées à la découpeuse laser et encollées ensuite avec du papier calque. Pour réaliser ces décors, j’ai été aidé par mes élèves de l’OCOM Technologie 10H. Nous avons réalisé les découpes au FabLab de la HEPL.

    Le montage de la structure a été réalisé en partie par moi et en partie par mes élèves.

    Les pièces de Tetris devaient pouvoir changer de couleur durant le spectacle, pour s’adapter aux chants et à l’éclairage de la scène. Les pièces devaient aussi pouvoir être multicolores. Cela implique donc l’usage de bande de LEDs Neopixel. Chaque LED peut être commandée individuellement et donc recevoir une couleur individuellement, sans que ses voisines ne soient impliquées.

    Les élèves ont soudé entre elles les bandes de Neopixels. Et c’est là que nous avons eu le plus de problèmes: les fils de connexion entre chaque bande étant trop rigides et les soudures fragiles, nous avons du reprendre de nombreuses soudures. Les bandes ont ensuite été mises en place dans les cubes.

    Pour l’alimentation, et c’est sous doute la principale erreur, j’ai penser prendre des bandes de Neopixels en 5 Volts, au lieu des 12 habituel. Les Arduino permettant le contrôle des LEDs étant aussi en 5 Volts, cela simplifiait l’alimentation, ce d’autant plus que je voulais rendre les cubes autonomes, avec un fonctionnement sur batterie. Au final, cela n’aurait pas été nécessaire. Ainsi les LEDs et les Arduino étaient alimentés par des powerpacks.

    Nous avons aussi fabriqué avec les élèves des powerpacks, pour les tests, afin de pouvoir avoir toujours suffisamment de packs chargés. Il faut en effet 5 packs pour alimenter les deux pièces de Tetris. C’est là où nous avons rencontré le plus grand problème: comme les LEDs sont alimentées par un faible voltage, le courant est proportionnellement plus important, selon la loi d’Ohm. Et j’ai très largement sous-estimé la consommation de chaque Neopixel (mes données concernaient en fait la version 12 Volts). Du coup, il a fallu réalimenter plusieurs fois le long des bandes (jusqu’à 4 fois pour le L), les Neopixels. Or, ceux-ci sont très sensibles. Chaque partie devait se retrouver sur une masse commune avec l’Arduino. Le moindre défaut de masse, le moindre parasite et la séquence d’allumage posait problème. Si sur le T, qui ne contient rien de moins de 354 Neopixel, nous n’avons pas rencontré de problème majeur, le L, lui, avec ses 416 LEDs est beaucoup plus instable. Les couleurs pures (rouge, vert, bleu) passent bien. Dès qu’on entre dans des couleurs composées (le violet, par exemple), nécessitant l’allumage du rouge et du bleu en même temps, nous avions parfois des problèmes. Une LED Neopixel est en effet composée de 3 minuscules LED, une rouge (R), une verte (G) et une bleue (B), raison pour laquelle on les appelle des LEDs RGB.

    A l’origine, le passage d’une séquence à l’autre était commandé par un bouton-poussoir sur le cube, connecté en pull-up à l’Arduino. Deux élèves avaient la charge d’appuyer sur les boutons de chaque cube au moment idoine.

    Mais suite à des erreurs lors de la première représentation, mes élèves et moi avons créé une sorte de télécommande à fil avec 4 boutons-poussoirs: deux pour chaque cube. L’un de bouton servait à passer à la séquence suivante, l’autre à revenir en arrière en cas d’éventuelle erreur. Il a donc fallu ajouter à l’Arduino un second circuit en pull-up. Pour la seconde représentation, j’étais donc en arrière-scène pour déclencher les séquences.

    Au final, les cubes ont été habillés des faces ajourées avec du papier calque comme élément diffuseur.

    Un grand merci à Blandine, l’enseignante de musique, qui s’est beaucoup investie pour ce spectacle, mais aussi à la fabrication des cubes (je ne connais pas beaucoup d’enseignantes de musique qui sache aussi faire de la soudure électronique). Merci aussi à Adrienne et Christophe du FabLab de la HEPL, aux élèves de ma classe d’OCOM Tech 10H et aux élèves du choeur.

    Les codes Arduino pour commander le L et le T peuvent être téléchargés ici: Krock. Au final, j’ai réalisé le code, mais mes meilleurs élèves ont pu travailler durant l’année avec des Neopixel et des Arduino pour tester le tout.

    Pour terminer, voici un petit medley du spectacle, avec les différents effets.

    En conclusion, voici quelques conseils si vous vous lancez dans un projet Neopixel:

    • On peut sans problème alimenter jusqu’à 50 Neopixel en 5V avec une powerpack 2.1A. Au-delà, prévoir des Neopixels 12 V ou une alimentation secteur 5V/10A.
    • Si vous devez connecter en parallèle plusieurs bandes de Neopixel, connectez-les à une terre (GND) commune et n’oubliez pas d’y connecter dessus l’Arduino. Soignez la connexion!
    • Pour relier les bandes de Neopixel entre elles, choisissez du fil multibrin, plus souple que le monobrin.
    • N’utilisez pas de fil trop fin pour relier les bandes entre elles. Du 22AWG va bien.

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