Selon des chercheurs de la Michigan Technological University, les enseignants qui impriment en 3D des supports d’apprentissage open source pour leurs élèves au lieu d’acheter des produits commerciaux équivalents disponibles auprès de détaillants comme Amazon pourraient économiser environ 86 % des coûts.

Menant des recherches sur la viabilité économique de l’impression 3D en classe, les chercheurs ont découvert que 38 conceptions d’aides à l’apprentissage imprimables en 3D évaluées au cours de l’étude ont permis à la communauté éducative d’économiser jusqu’à présent 1,7 million de dollars au total.

Avec des capitaux pour l’achat d’aides à l’apprentissage physiques parfois difficiles à trouver pour de nombreuses écoles, l’impression 3D de conceptions d’aides à l’apprentissage open source pourrait fournir un retour sur investissement important.

Aide à l’apprentissage du modèle de cerveau humain imprimé en 3D. Image via Vaclav Krmela/MyMiniFactory.

Supports pédagogiques imprimés en 3D

Les imprimantes 3D sont utilisées dans les écoles depuis un certain temps, certaines écoles ayant créé leurs propres laboratoires d’impression 3D avec l’aide de partenaires industriels. D’autres ont utilisé des modèles imprimés en 3D pour aider leurs élèves à visualiser les bases de l’anatomie et stimuler l’engagement des élèves dans les matières STEM.

MakerBot, avec son StartLab programme. Lancé en 2015, le StarterLab propose diverses combinaisons d’imprimantes 3D MakerBot Replicator+, d’imprimantes 3D MakerBot Replicator Z18, de filaments et de têtes d’impression. Ressources éducatives gratuites en ligne sont également proposés parallèlement à l’installation et à la formation par des partenaires locaux.

Parmi les autres entreprises actives dans ce domaine, citons Ultimaker avec son projet CREATE Education, qui fournit des ressources et un soutien gratuits pour aider les enseignants à intégrer l’impression 3D dans les établissements d’enseignement primaire, secondaire et supérieur. Fournisseur de ressources pédagogiques sur l’impression 3D, learnbylayers s’est associé au National STEM Learning Center basé à l’Université de York en 2018, pour organiser des cours conçus pour fournir aux enseignants les bases de l’utilisation de la technologie d’impression 3D.

Les experts présents au salon de l’industrie des technologies de l’éducation BETT 2020 en janvier ont déclaré leur intention d’introduire davantage d’imprimantes 3D dans les écoles cette année, après que des études antérieures aient montré des résultats prometteurs concernant les avantages de l’impression 3D et de la conception 3D dans les écoles.

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Aide à l’apprentissage du modèle d’horloge imprimé en 3D. Image via Edouard Spiers/MyMiniFactory.

Enquêter sur l’économie de la classe

Cette étude examine spécifiquement l’économie de l’impression 3D en classe de conceptions numériques open source d’aides à l’apprentissage, en se concentrant sur l’utilisation d’imprimantes 3D de bureau open source. Cinq exemples d’aides à l’apprentissage ont été évalués pour leur fonctionnalité, les rapports de masse physiquement imprimés et calculés, et la consommation d’énergie de l’imprimante 3D afin de déterminer un coût d’impression en dollars par kilogramme.

Ensuite, les chercheurs ont analysé la viabilité économique de 33 autres modèles d’aides à l’apprentissage, en tenant compte de leurs coûts d’impression et d’assemblage, et les ont comparés à des produits commerciaux équivalents ou inférieurs disponibles sur Amazon. Les économies en pourcentage ont ensuite été calculées et mises à l’échelle à l’échelle mondiale en fonction des taux de volume de téléchargement.

Les chercheurs ont utilisé la base de données MyMiniFactory d’aides à l’apprentissage adaptées à l’âge de la maternelle, du primaire, du collège et du lycée couvrant des matières telles que la biologie, la chimie, la conception et la technologie, les mathématiques, etc. Ils ont choisi Amazon comme détaillant comparatif dans l’étude en raison de son « approche concurrentielle bien établie » qui réduit les coûts pour les consommateurs.

À l’aide d’une imprimante 3D Lulzbot Taz 6 et d’un filament PLA de 3 mm, les chercheurs ont imprimé en 3D des conceptions d’aide à l’apprentissage comprenant une horloge, un modèle de cerveau, une aide visuelle du théorème de Pythagore, un modèle de moelle épinière et un moteur à combustion.

LulzBot a récemment annoncé le dernier ajout à son portefeuille d’imprimantes 3D, le système FDM à extrusion unique TAZ Pro S, qui s’adresse principalement aux ingénieurs professionnels, aux concepteurs et aux PME. Dans la vidéo ci-dessous, l’auteur de l’étude Joshua Pearce explique pourquoi Michigan Tech a choisi les imprimantes de LulzBot pour faciliter ses recherches.

L’impression 3D réduit les coûts de la salle de classe

À la suite de leur analyse, les chercheurs ont découvert que la fabrication de l’aide à l’apprentissage moyenne eux-mêmes permettrait aux enseignants d’économiser 86 % des coûts. L’étude a également révélé qu’en moyenne, échanger l’achat d’une aide à l’apprentissage contre une autre imprimée en 3D permet d’économiser plus que le coût d’une bobine de 1 kg de filament commercial.

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L’aide à l’apprentissage moyenne évaluée au cours de l’étude a été téléchargée plus de 1 500 fois, ce qui indique le potentiel de la fabrication distribuée pour produire des aides à l’apprentissage dans le monde entier. L’économie moyenne par an pour chaque conception d’aide à l’apprentissage open source a été calculée à 11 822 $, les 38 aides à l’apprentissage analysées au cours de l’étude produisant une économie totale de 450 000 $ par an. À ce jour, ces aides à l’apprentissage particulières ont chacune permis aux éducateurs d’économiser en moyenne plus de 45 000 $, totalisant une économie de 1,7 million de dollars pour la communauté éducative internationale.

En conséquence, les chercheurs ont conclu que la fabrication distribuée pour l’éducation permettra non seulement d’économiser de l’argent aux écoles, mais également d’offrir un retour sur investissement significatif de plus de 100 %.

De plus amples détails sur l’étude peuvent être trouvés dans l’article intitulé, « L’économie de l’impression 3D en classe de conceptions numériques open source d’aides à l’apprentissage, » publié dans la revue MDPI. L’étude est co-écrite par JM Pearce et N. Gallup.

Conception d'aide à l'apprentissage du moteur à combustion imprimable en 3D.  Image via Jack Imakr/MyMiniFactory.
Conception d’aide à l’apprentissage du moteur à combustion imprimable en 3D. Image via Jack Imakr/MyMiniFactory.

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L’image en vedette montre une aide à l’apprentissage de la moelle épinière imprimée en 3D. Image via MyMiniFactory.