Print3D & Codeblocks (Tinkercad) : Fidget spiralé pyramidal⚓︎

Codage par blocs & modélisation 3D

Cette activité, tutoriel, accessible à partir de la 4ème, explique comment modéliser en 3D un fidget spiralé en forme de pyramide pour l'impression 3D avec Tinkercad (Codeblocks et conception 3D).

Coup d’œil⚓︎

On aime⚓︎

L'approche interdisciplinaire Mathématiques-Technologie : L'activité combine astucieusement la programmation par blocs (Codeblocks) et la modélisation géométrique (conception 3D), communes aux deux matières, et l'impression 3D.
Le projet concret et ludique : La création d'un "fidget" (objet manipulable) est très motivante pour les élèves et débouche sur un objet réel grâce à l'impression 3D.
La progressivité pédagogique : Le guide est découpé en étapes claires et très visuelles, rendant l'apprentissage de notions complexes (rotation, coordonnées XYZ, perçage) accessible.
Le travail sur l'emboîtement : L'exercice pousse à la réflexion technique en manipulant des formes positives et négatives (transparentes) pour faire coïncider deux pièces.
L'environnement Tinkercad offre la possibilité de faire l'activité en classroom, ce qui facilite le suivi des élèves et la possibilité de leur apporter de l'aide.

Informations⚓︎

Types de ressource : Activité algorithmique et de la géométrie dans l'espace avec l'application en ligne Tinkercad (conception 3D et Codeblocks), fichiers PDF, STL.
Cycles concernés : Cycle 4 (à partir de la 4ème)/ Lycée/ Lycée pro.
Thème : Codage par blocs, pyramides, solides de l'espace, rotation.
Disponibilité : En ligne, un ordinateur par élève (souhaitable), une imprimante 3D (FDM), filament PLA de deux couleurs différentes.
Durée : 2 séances de 50 min (le temps d'installation)

Activité guidée (tutoriel)⚓︎

L'utilisateur (élève à partir de la 4ème) programme d'abord une structure en hélice par répétitions de blocs géométriques, qu'il assemble et lisse à l'aide de cylindres. Cette spirale sert ensuite de gabarit de perçage pour évider une pyramide à base carrée. En parallèle, une seconde spirale interne plus étroite est conçue pour s'imbriquer parfaitement dans la première. Après avoir ajusté les sections et raboté le sommet pointu, les deux pièces distinctes sont exportées en fichiers .STL.

-------Création du début d’une SPIRALE 3D dans Codeblocks Tinkercad d'Autodesk⚓︎

Assembler des blocks de programmation pour

1. Créer un motif avec une épaisseur⚓︎

Créer un pavé droit de longueur L = 30 mm, de largeur l = 5,5 mm et de hauteur (épaisseur) 0,1 mm. Le déplacer de 0,05 mm vers le haut afin de le poser sur le sol. Le dupliquer 2 fois par une rotation d’angle 60° autour de l’axe Z (altitude) de manière à obtenir le motif vu de dessus ci-après. Tout sélectionner.

12. Monter le début d’une spirale à partir du motif⚓︎

Duplier le motif précédent par une rotation d’angle 0,5° autour de l’axe z en le montant d’une altitude de 0,1 mm à chaque fois. Tout sélectionner.

Résultat

3. Augmenter en hauteur la suite de la spirale⚓︎

Dupliquer 11 fois le début de spirale précédent par une rotation d’angle 5° autour de l’axe z en le montant d’une altitude de 1 mm à chaque fois. Tout sélectionner. En haut de la page à gauche, renommer votre fichier « spira-ext », puis en haut de la page à droite, « Partager », choisir « .STL » afin d’obtenir un fichier imprimable en 3D.

Résultat

-------Création d’un FIDGET SPIRALÉ⚓︎

Spirale (6) Pyramide (4)

à imprimer en 3D dans Conception 3D de Tinkercad

1. Donner de la hauteur à la spirale⚓︎

Dans Tinkercad, créer une « Conception 3D ». Importer la spirale « spira-ext.stl ». La dupliquer 2 fois avec (CTRL + c) puis (CTRL + v). Empiler les portions de spirale les unes au-dessus des autres à 12 mm de hauteur ajoutée à chaque fois (soit la 2ème à 12 mm puis la 3ème à 24 mm). Les centrer entre elles, les unes au-dessus des autres. Puis sélectionner le tout et grouper. Le nouveau solide est une spirale de hauteur de 36 mm à conserver.

2. Créer un cylindre percé par un autre⚓︎

Le premier doit être de diamètre 28 mm et d’une hauteur supérieure à 36 mm. Le mettre en transparent (perçage). Le second doit pouvoir, au minimum recouvrir la spirale c’est-à-dire d’une hauteur supérieure à 36 mm et d’un diamètre supérieur à 31 mm. Centrer le petit dans le grand, les sélectionner et les grouper. Puis mettre le cylindre troué obtenu en transparence (perçage).

3. Lisser la spirale⚓︎

Sélectionner le cylindre troué et la spirale, les centrer. Puis sélectionner le tout et grouper. La spirale obtenue est lissée. On l’appellera la spirale « extérieure » lissée.

4. Créer une pyramide⚓︎

Mettre la spirale « extérieure » lissée en transparence (perçage). Créer une pyramide à base carrée de hauteur 46 mm et de longueur de côté de la base 30 mm. Et dupliquer la pyramide.

5. Percer la pyramide avec la spirale « extérieure » lissée⚓︎

Centrer la spirale extérieure lissée et l’une des deux pyramides. Puis sélectionner les deux et grouper. Dupliquer la partie de pyramide obtenue appelée pyramide ajourée.

Résultat

6. La section haute de la pyramide doit être retirée⚓︎

Placer un pavé droit transparent (perçage) à 36 mm de haut sur l’une des deux pyramides ajourées et le centrer avec celle-ci (le laisser à la même hauteur. Puis sélectionner les deux et grouper. Conserver.

Résultat

7. Récupérer la section haute de la pyramide⚓︎

Cette fois-ci, placer un pavé droit transparent (perçage) de 36 mm de côté sur le sol. Le sélectionner et le centrer avec la partie de pyramide. Puis sélectionner les deux et grouper. Conserver.

Résultat

8. Faire une spirale dite « intérieure » lissée⚓︎

Dans Codeblocks, coder par blocks le même motif de départ mais avec un pavé droit de 4 mm de largeur puis monter la partie de la spirale avec exactement les mêmes paramètres que la spirale « extérieure ». La nommer « spira-int ». La « partager » en « .STL ». Dans votre création 3D précédente dans Tinkercad, importer le modèle « spira-int.STL » issue de Codeblocks ». Lisser la spirale « intérieure » avec un cylindre de 27 mm de diamètre.

9. Transformer la spirale « intérieure » lissée⚓︎

Reprendre la pyramide jaune et la mettre en transparence (perçage). L’inscrire dans un grand cylindre opaque. Les sélectionner, les centrer et les grouper. Mettre le cylindre troué obtenu en transparence (perçage). Le centrer avec la spirale « intérieure » lissée. Puis sélectionner les deux et grouper.

10. Mettre le haut de la pyramide au-dessus de la spirale « intérieure » lissée⚓︎

Centrer la section de la pyramide avec la spirale « intérieure » lissée en la laissant à sa même hauteur. Puis sélectionner les deux et grouper.

Résultat

11. Le sommet ne doit pas piquer⚓︎

Placer un cube transparent à 2 mm vers le bas à partir du sommet principal de la pyramide. Puis sélectionner les deux et grouper. Changer les couleurs des deux parties de pyramide et vérifier si elles s’emboîtent bien.

Les séparer à nouveau puis exporter en « .STL » les deux solides afin de pouvoir les imprimer en 3D.

Une fois imprimés, les emboîter.

Un fidget qui vous ne quittera plus !

Un défi gratifiant : C'est super satisfaisant de voir une simple forme plate se transformer pas à pas en une pyramide stylée en 3D.

Le plaisir de l'objet fini : À la fin, on obtient un vrai gadget mécanique à imprimer, à monter soi-même et à faire tourner entre ses mains. Et il n'est pas si simple de bien les enbo^ter pour obtenir une pyramide.

-------Points de vigilance⚓︎

La rigueur géométrique exigée : La moindre erreur d'alignement ou de centrage de 1 mm fait échouer l'emboîtement final, ce qui peut frustrer certains élèves.

Le jonglage entre deux interfaces : Passer de Codeblocks à Tinkercad Conception 3D (avec des exports et imports .STL intermédiaires) demande une bonne aisance informatique.

La gestion du temps d'impression : Les formes spiralées et pleines comme cette pyramide peuvent être longues à imprimer en 3D pour toute une classe (voir avec les collègues de technologie)

-------Pour aller plus loin ... & CHALLENGES : modélisation 3D de FIDGETS SPIRALÉS des solides vus au collège⚓︎

Cette activité de modélisation doit être suivie d'un échange et de questionnements par rapport aux angles de rotation et l'épaisseur des rectangles constituant la spirale ainsi que d'une réflexion quant aux dimensions des deux objets.

Par ailleurs, une estimation du volume des deux objets additionnés constituant une pyramide peut être calculée ainsi que le coût de revient de l'impression 3D, entre autres, en fonction de celui du filament PLA utilisé.

D'autres challenges peuvent être proposés pour des élèves plus rapides ou à partir de la 3ème comme ceux de la modélisation 3D de FIDGETS SPIRALÉS des solides vus au collège : cube, pavés, prismes, cylindre, boule ainsi que d'autres formes en lien avec le programme de technologie (design).

Résultats