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Éducation : le design produit enseigné au MIT grâce à l'impression 3D et la CAO

Richard Huizar a toujours aimé construire des objets. C’est pourquoi il s’est spécialisé en génie mécanique, et souhaite devenir concepteur de produits.

Dans le cours « Conception : objets et interactions » de l’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT), Huizar apprend les compétences nécessaires pour atteindre son objectif. Ce cours porte à la fois sur les principes de la conception traditionnelle et les techniques de prototypage avancées pour encourager les étudiants à penser au-delà de leurs études.

Former les concepteurs de demain

Le cours « Conception : objets et interactions », qui fait partie du nouveau programme de conceptiondu MIT, encourage les étudiants de premier cycle à réfléchir à la conception de manière plus globale. Le programme utilise des technologies et outils modernes qui non seulement aident les étudiants à élargir leur vision, mais les inspirent pour créer des conceptions jusqu’alors impensables.

Les étudiants de premier cycle au MIT ont utilisé une technologie de prototypage avancée, notamment des imprimantes 3D SLA Form 2 pour tester et mettre en œuvre leurs conceptions. En savoir plus sur les applications de l’impression 3D dans l’enseignement..

« En concevant, vous devez vous projeter 30 ans dans l’avenir, et ne pas vous limiter au présent », disait Marcelo Coelho, co-enseignant du programme avec Jessica Rosenkrantz, cofondatrice et directrice créative chez Nervous System. « Nous formons les concepteurs de demain. »

Dans le cours « Conception : objets et interactions », une classe de 25 étudiants a utilisé :

  • 4 imprimantes 3D Form 2
  • 2 kits de finition
  • 4 L de résine Claire
  • 2 L de résine Flexible

Penser la conception en s’inspirant des technologies

Pour apprendre les compétences fondamentales des concepteurs modernes, on a demandé aux étudiants de créer un textile et un vêtement qui ne pouvaient être créés qu’avec l’impression 3D.

Inspirée par la structure alignée des cellules, Lucia Liu, étudiante en troisième année de génie mécanique au MIT, a codé un algorithme pour créer un motif similaire à celui d’une cellule.

Une étudiante a imprimé des tissus en 3D.
Le projet de classe de Liu consistait à étudier les moyens d'appliquer la structure cellulaire aux vêtements, et de créer des motifs flexibles à certains endroits et plus rigides à d’autres. L’effet global a été obtenu à travers une pièce qui drape l’épaule, une partie du corps où la liberté de mouvement est essentielle.
« L’impression 3D m’a aidée à réfléchir à la conception de façon originale », affirmait Liu. « J’ai été essentiellement inspirée par la capacité des imprimantes 3D à créer des formes organiques aussi facilement que des formes géométriques. Mon objectif était de créer un vêtement imprimé en 3D pour illustrer la manière dont les cellules remplissent des fonctions différentes. »

Liu a utilisé la Form 2 pour prototyper à répétition le système de charnière dans son textile, qui a été conçu pour être le plus petit possible en raison des faibles tolérances et espacements autorisés par la Form 2. Elle a ensuite imprimé le textile en entier sous forme d’une seule pièce préassemblée.

Trois itérations de designs de charnières inspirés de cellules.
Ces photos montrent, de gauche à droite, les prototypes réalisés par Liu pour les unités de base du textile, utilisant les différents modèles de charnière. Liu a essayé plusieurs épaisseurs pour obtenir la durabilité et la résistance voulues.
Deux photos des textiles inspirés de cellules imprimés en 3D de Liu.
Liu a ensuite imprimé le textile final en entier sous forme d’une seule pièce préassemblée.

Huizar, quant à lui, s’est inspiré de sa passion pour le football. Son objectif était de concevoir des crampons personnalisables, avec des pièces inférieures modifiables en fonction du style et des techniques du joueur.

Lorsque Huizar a utilisé la CAO pour la première fois, il ne savait pas vraiment comment sa conception ressortirait dans le produit final.

« En regardant la conception sur un ordinateur, on ne peut pas savoir comment elle s’ajustera à un pied », expliquait Huizar. « Une fois la pièce imprimée, je me suis mieux rendu compte et ai donc pu modifier la taille, la rigidité et l’épaisseur. La CAO ne permet pas cela. Il faut une représentation physique. »

Coelho expliquait que l’un des défis majeurs de ce programme était ce processus, celui de créer une CAO qui se traduira par un objet réel fonctionnel.

« Beaucoup d’étudiants réalisent des conceptions sans avoir la moindre idée de ce que ça peut donner en réalité : comment ça va se plier, ou comment les pièces s’assembleront pour former un seul objet », indiquait Coelho. « L’impression 3D du modèle physique incite les étudiants à créer des solutions utiles. C’est un retour à la réalité. »

Richard Huizar présente son projet à la classe, avec des impressions 3D prototypes de ses designs.
Le projet de Huizar s’est forgé autour de l’idée de personnalisation. Il a prototypé des crampons personnalisables en fonction des styles et des conditions d’un joueur. Par exemple, certains crampons seront adaptés au style de jeu de Lionel Messi (petites foulées avec changements brusques de direction) là où d’autres seront plutôt adaptés aux longs sprints de Cristiano Ronaldo.

Prototyper rapidement en classe

Huizar et Liu avaient tous deux déjà eu accès à des imprimantes 3D auparavant, mais n’avaient jamais vu d’imprimante 3D par stéréolithographie (SLA) et n’avaient donc jamais eu l’occasion d’utiliser cette technologie.

Liu en avait déjà profité grâce à un étudiant diplômé, qui a joué le rôle d’intermédiaire pour faire fonctionner l’imprimante 3D et imprimer ses conceptions.

« Au début, cette technologie me paraissait un peu intimidante parce que je ne m’en servais pas directement », témoignait Liu. « Mais maintenant que je maîtrise le processus, je la trouve très simple d’utilisation. »

Un gif du textile-cellule imprimé en 3D de Liu en mouvement.
En utilisant la résine Claire de Formlabs, Liu s’est inspirée de la structure cellulaire pour créer des textiles imprimés en 3D, expliquant que les outils et principes de l’ingénierie permettent de créer des formes organiques tout en assurant la flexibilité du mouvement.

Huizar a utilisé la Résine Claire de Formlabs pour imprimer la plupart des pièces inférieures de ses crampons, et la Flexible pour imprimer les pièces souples. La chaussure conçue se compose de trois couches : une couche supérieure solide fixée au matériau souple de fabrication du corps de la chaussure, une deuxième couche de pièces mobiles (les jonctions), et une partie inférieure qui bloque et fixe les pièces les unes aux autres pour qu’elles forment une seule pièce.

Un gif de la semelle créée par Huizar en flexion.
Le projet de Huizar visait à prototyper des crampons de football personnalisables. Il a utilisé la résine Claire de Formlabs pour imprimer le dessous des crampons, et la résine Flexible pour imprimer les pièces qui devaient avoir une certaine souplesse.

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« Grâce à la précision qu’offre la Form 2, j’ai pu créer des pièces qui s’enclenchent parfaitement ensemble », disait Huizar. « Si j’avais utilisé l’usinage ou le moulage par injection pour les fabriquer, j’aurais obtenu des pièces d’une précision comparable à celles imprimées en 3D. »

À gauche, le design de Huizar en trois couches séparées. À droite, les couches imprimées en 3D imbriquées ensemble.
La conception de Huizar est caractérisée par trois couches. À gauche, la conception en CAO. À droite, les trois couches imprimées en 3D à l’aide de la Form 2.

Gérer l’utilisation de l’imprimante 3D avec Dashboard

La gestion facile de la machine est un critère essentiel pour une intégration réussie des nouvelles technologies dans les classes et les laboratoires d’enseignement. Le Dashboard (tableau de bord) de Formlabs est conçu pour aider les utilisateurs et les administrateurs à gérer plusieurs imprimantes et consommables.

Le Dashboard de Formlabs est un outil basé sur le Cloud destiné à garantir une utilisation optimale de la machine. Le Dashboard surveille l’impression, envoie une notification lorsque l’impression est terminée, maintient un historique des impressions réalisées par l’équipe et surveille la consommation des matériaux pour faciliter le réapprovisionnement.

« Le Dashboard est super utile », expliquait Coelho. « Les étudiants savent quand l’impression est lancée, s’il y a eu des problèmes au cours de celle-ci et quand c’est leur tour d’imprimer. Cela rend la gestion de la machine plus facile. »

Un étudiant retire l'impression de l'imprimante 3D dans la salle d'impression.
Les étudiants ont employé quatre imprimantes 3D Form 2 dans le projet de classe « textiles et vêtements ». Après avoir été formés par leurs enseignants, les étudiants ont utilisé les imprimantes eux-mêmes.

Préparer à l'avenir

Huizar et Liu sont convaincus que l’accès à l’impression 3D et d’autres technologies avancées les aidera à définir et à réussir dans leurs carrières.

« Nous ne devons pas avoir peur d’une technologie qui peut s’avérer être très utile pour notre vie professionnelle à venir », disait Liu. « Avoir accès à toujours plus de nouvelles technologies a rendu possibles des applications auxquelles je n’avais jamais pensé auparavant. »

« Les universités doivent préparer les étudiants pour l’avenir, non seulement en leur enseignant les technologies actuelles, mais également les opportunités futures qui s’en suivent », affirmait Huizar.

« On peut très bien avoir un diplôme en génie mécanique, connaître les méthodes de fabrication anciennes et modernes et les améliorer légèrement, ce qui est une très bonne chose. Mais pour générer des changements radicaux, il faut absolument révolutionner la technologie, par exemple inventer une nouvelle méthode de fabrication ou une nouvelle approche. Et le seul chemin qui mène à la réalisation de cet objectif est de pouvoir manipuler ces technologies. »

Webinaire : Encourager l’impression 3D dans l’enseignement

Vous souhaitez apprendre comment l’impression 3D est en train de changer l’enseignement, et comment commencer à l’utiliser ? Regardez notre webinaire pour savoir comment les enseignants et les universités nationales bénéficient de la technologie d’impression 3D.

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