Guía definitiva de las impresoras 3D

impresoras 3D

La fabricación aditiva cada vez tiene más campos de aplicación, tanto en el sector del ocio como el de la industria y la tecnología. Las impresoras 3D han llegado para revolucionar la forma en la que se imprime y construyen nuevas estructuras, que pueden ir desde pequeños objetos hasta tejidos vivos e incluso viviendas, o piezas aerodinámicas para el motorsport.

Hasta hace unos años, la impresión en tres dimensiones era algo de ciencia ficción. Muchos soñaban con poder imprimir objetos en vez de imágenes o texto en un simple papel en 2D. Ahora, la tecnología está tan madura que hay infinidad de tecnologías, marcas, modelos, etc. En esta guía podrás conocer mucho más sobre estas impresoras tan peculiares.

¿Qué es un vóxel?

vóxel

Si aún no estás familiarizado con el vóxel, es importante que entiendas qué es, ya que en la impresión 3D es importante. Se trata de la abreviatura del inglés «volumetric pixel», una unidad cúbica que compone a un objeto tridimensional.

También existen otras unidades como el téxel (texture element o texture pixel), que es la unidad mínima de una textura aplicada a una superficie en gráficos computacionales, o el tíxel (tactile pixel), que es el neologismo que hace referencia a un tipo de tecnología háptica para pantallas táctiles, permitiendo simular el tacto de diferentes texturas.

Dicho de otro modo, sería el equivalente en 2D a un píxel. Y, como se puede ver en la imagen superior, si ese modelo 3D se divide en cubos, cada uno de ellos sería un vóxel. Es importante especificar qué es, ya que algunas impresoras 3D avanzadas permiten el control de cada vóxel durante la impresión para conseguir mejores resultados.

Qué es una impresora 3D

impresora 3D

Una impresora 3D es una máquina capaz de imprimir objetos con volumen a partir de un diseño de ordenador. Es decir, como una impresora convencional, pero en vez de imprimir sobre una superficie plana y en 2D, lo hace con tres dimensiones (ancho, largo y alto). Los diseños a partir de los que se puede conseguir estos resultados pueden provenir de un modelo 3D o CAD, e incluso a partir de un objeto físico real al que se le escanea tridimensionalmente.

Y se pueden imprimir todo tipo de cosas, desde objetos tan sencillos como una taza de café, hasta otros muchos más complejos como tejidos vivos, viviendas, etc. Es decir, el sueño de muchos que deseaban que sus dibujos impresos cobrasen vida desde el papel ya está aquí, y son suficientemente baratas como para usarlas más allá de la industria, también en el hogar.

Historia de la impresión 3D

La historia de la impresión 3D parece muy reciente, pero lo cierto es que hay que remontarse a hace unas décadas. Todo surge a partir de la impresora de inyección de tinta de 1976, a partir de la cual se ha ido avanzando hasta conseguir sustituir la tinta de impresión por materiales para generar objetos con volumen, dando importantes pasos y marcando hitos en el desarrollo de esta tecnología hasta las actuales máquinas:

  • En 1981 se patenta el primer dispositivo de impresión en 3D. Lo hizo el Dr. Hideo Kodama, del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya (Japón). La idea era usar 2 métodos diferentes que inventó para la fabricación aditiva usando resina foto-sensible, similar a como se fabrican los chips. Sin embargo, su proyecto sería abandonado por falta de interés y financiación.
  • En esta misma década, los ingenieros franceses Alain Le Méhauté, Olivier de Wittte y Jean-Claude André, comenzaron a investigar sobre la tecnología de fabricación por solidificación de resinas fotosensibles con curación UV. El CNRS no aprobaría el proyecto por falta de áreas de aplicación. Y, aunque solicitaron una patente en 1984, finalmente se abandonaría.
  • Charles Hull, en 1984, co-fundaría la empresa 3D Systems, inventando la estereolitografía (SLA). Se trata de un proceso por el que se puede imprimir un objeto 3D a partir de un modelo digital.
  • La primera máquina 3D de tipo SLA se comenzó a comercializar en 1992, pero sus precios eran bastante elevados y aún era un equipo muy básico.
  • En 1999 se marca otro gran hito, esta vez referente a la bioimpresión, pudiendo generar en un laboratorio un órgano humano, concretamente una vejiga urinaria usando recubrimiento sintético con las propias células madre. Este hito tiene su origen en el Instituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa, abriendo las puertas a fabricar órganos para trasplantes.
  • El riñón impreso en 3D llegaría en 2002. Era un modelo totalmente funcional y con capacidad de filtrar sangre y producir orina en un animal. Este desarrollo se creó también en el mismo instituto.
  • Adrian Bowyer funda RepRap en la Universidad de Bath en 2005. Se trata de una iniciativa de códigoa bierto para construir impresoras 3D baratas y que es auto-replicante, es decir, que puede imprimir sus propias piezas y usando consumibles como los filamentos 3D.
  • Un año más tarde, en 2006, llega la tecnología SLS y la posibilidad de fabricación en masa gracias al láser. Con ella se abren las puertas hacia el uso industrial.
  • 2008 sería el año de la primera impresora con capacidad de auto-réplica. Era la Darwin de RepRap. En este mismo año también comienzan los servicios de co-creación, webs donde las comunidades podían compartir sus diseños 3D para que otros pudieran imprimirlos en sus propias impresoras 3D.
  • También se dan importantes avances en la permisión de prótesis 3D. 2008 será el año en el que la primera persona podrá caminar gracias a una prótesis de pierna impresa.
  • 2009 es el año de Makerbot y los kits de impresoras 3D, para que muchos usuarios pudieran comprarlos baratos y montar su propia impresora ellos mismos. Es decir, orientado a los makers y DIY. Ese mismo año, el Dr. Gabor Forgacs hace otro gran paso en la bioimpresión, pudiendo crear vasos sanguíneos.
  • El primer avión impreso en 3D llegaría en 2011, creado por ingenieros de la Universidad de Southampton. Se trataba de un diseño no tripulado, pero que se podía fabricar en solo 7 días y con un presupuesto de 7000€. Se abría así la veda para la fabricación de muchos otros productos. De hecho, este mismo año llegaría el primer prototipo de coche impreso, el Urbee de Kor Ecologic, con precios entre los 12.000 y 60.000€.
  • A la par, se comienza a imprimir usando materiales nobles como la plata de primera ley y el oro de 14kt, abriendo así un nuevo mercado para los joyeros, pudiendo crear piezas más económicas usando el material preciso.
  • En 2012 llegaría el primer implante de prótesis de mandíbula impreso en 3D gracias a un grupo de investigadores de belgas y neerlandeses.
  • Y actualmente el mercado no para de encontrar nuevas aplicaciones, mejorar sus prestaciones, y de seguir expandiéndose por negocios y hogares.

Actualmente, si te preguntas cuánto cuesta una impresora 3D, puede ir desde algo más de 100 o 200€ en el caso de las más baratas y pequeñas, hasta los 1000€ o más en el caso de las más avanzadas y de mayor tamaño, e incluso algunas que cuestan miles de euros para el sector industrial.

Qué es la fabricación aditiva o AM

fabricación aditiva, impresión 3d

La impresión 3D no es más que una fabricación aditiva, es decir, un proceso de fabricación que para crear los modelos 3D va superponiendo capas de material. Todo lo contrario de la fabricación sustractiva, que se basa en un bloque inicial (lámina, lingote, bloque, barra,…) del que se va retirando material hasta conseguir el producto final. Por ejemplo, como fabricación sustractiva tienes una pieza tallada en un torno, que comienza con un bloque de madera.

Gracias a este método revolucionario se pueden conseguir una producción barata de objetos en casa, modelos para ingenieros y arquitectos, obtener prototipos para realizar pruebas, etc. Además, esta fabricación aditiva ha permitido crear piezas que antes eran imposibles por otros métodos como los moldes, la extrusión, etc.

Qué es la bioimpresión

bioimpresión

La bioimpresión es un tipo de fabricación aditiva especial, creado también con impresoras 3D, pero cuyos resultandos son muy diferentes a los materiales inertes. Pueden fabricar tejidos y órganos vivos, desde una piel humana hasta un órgano vital. También pueden fabricar materiales biocompatibles, como los de prótesis o implantes.

Esto se puede conseguir a partir de dos métodos:

  • Se construye una estructura, una especie de soporte o andamio de compuestos polímeros biocompatibles que no son rechazados por el cuerpo, y que las células los acogerán. Estas estructuras se introducen en un biorreactor para que las pueblen células y una vez insertadas en el cuerpo, irán dejando paso a las propias células del organismo huésped.
  • Es una impresión de órganos o tejidos capa a capa, pero en vez de usar materiales como los plásticos, u otros, se emplean cultivos celulares vivos y un método de sujeción llamado biopapel (material biodegradable) para dar forma.

Funcionamiento de las impresoras 3D

fabricación aditiva, cómo funcionan las impresoras 3d

El funcionamiento de una impresora 3D es mucho más sencillo de lo que pueda parecer:

  1. Se puede comenzar desde cero con software para modelado 3D o diseño CAD para generar el modelo que se quiere, o descargar un archivo ya creado, e incluso usar un escáner 3D para obtener el modelo 3D a partir de un objeto físico real.
  2. Ahora ya se tiene el modelo 3D almacenado en un archivo digital, es decir, a partir de una información digital con las dimensiones y formas del objeto.
  3. Lo siguiente es el slicing, o rebanado, un proceso en el que se «corta» el modelo 3D en cientos o miles de capas o slices. Es decir, como lonchear el modelo por software.
  4. Cuando el usuario pulsa sobre el botón imprimir, la impresora 3D conectada al PC mediante cable USB, o red, o el archivo pasado en una tarjeta SD o pendrive, será interpretado por el procesador de la impresora.
  5. A partir de ahí, la impresora irá controlando los motores para mover el cabezal y así ir generando capa a capa hasta conseguir el modelo final. De forma similar a una impresora convencional, pero el volumen irá creciendo capa a capa.
  6. La forma en la que se generan esas capas pueden variar según la tecnología que tengan las impresoras 3D. Por ejemplo, pueden ser por extrusión o por resina.

Diseño 3D e impresión 3D

diseño 3d, modelado 3d

Una vez sabes qué es una impresora 3D y cómo funciona, lo siguiente es conocer el software o herramientas necesarias para la impresión. Algo fundamental si se quiere pasar de un boceto o idea a un objeto 3D real.

Debes saber que existen varios tipos fundamentales de software para impresoras 3D:

  • Por un lado están los programas de modelado 3D o diseño CAD 3D con los que un usuario puede crear los diseños desde cero, o modificarlos.
  • Por otro lado está el llamado software slicer, que convierte el modelo 3D en instrucciones específicas para ser impreso en la impresora 3D.
  • También está el software de modificación de mallas. Estos programas, como MeshLab, se usan para modificar las mallas de los modelos 3D cuando dan problemas a la hora de imprimirlos, ya que otros programas tal vez no tienen en cuenta la forma de trabajar de las impresoras 3D.

Software para impresora 3D

Aquí tienes algunos de los mejores programas para impresión 3D, tanto de pago, como gratuitos, para modelado 3D y diseño CAD, así como software libre o de código abierto:

Sketchup

sketchup

Google y Last Software crearon SketchUp, aunque finalmente pasó a manos de la empresa Trimble. Se trata de un software propietario y gratuito (con diferentes tipos de planes de pago) y también con la posibilidad de elegir entre usarlo en el escritorio Windows o en la web (cualquier sistema operativo con navegador web compatible).

Este programa de diseño gráfico y modelado 3D es uno de los mejores. Con él podrás crear todo tipo de estructuras, aunque está especialmente pensado para diseños arquitectónicos, diseño industrial, etc.

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Ultimaker Cura

Ultimaker cura

Ultimaker ha creado Cura, una aplicación diseñada especialmente para impresoras 3D con la que se pueden modificar parámetros de impresión y transformarlos en código G. La creó David Raan mientras trabajaba en esta empresa,  aunque para un mantenimiento más sencillo abriría su código bajo licencia LGPLv3. Ahora es de código abierto, posibilitando mayor compatibilidad con software CAD de terceros.

Actualmente, es tan popular que es una de las más usadas en todo el mundo, con más de 1 millón de usuarios de distintos sectores.

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Prusaslicer

PrusaSlicer

La compañía Prusa también ha querido crear su propio software. Es la herramienta de código abierto llamada PrusaSlicer. Esta app es muy rica en cuanto a funciones y características, y cuenta con un desarrollo bastante activo.

Con este programa podrás exportar modelos 3D a archivos nativos que puedan adaptarse a las impresoras Prusa originales.

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Ideamaker

Ideamaker

Este otro programa es gratuito, y se puede instalar tanto en Microsoft Windows, macOS, y en GNU/Linux. Ideamaker está especialmente pensado para los productos de Raise3D, y se trata de otro slicer con el que poder gestionar tus prototipos para impresión de forma ágil.

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Freecad

FreeCAD

FreeCAD necesita pocas presentaciones, se trata de un proyecto de código abierto y totalmente gratuito para el diseño CAD en 3D. Con él podrás crear cualquier modelo, como harías en Autodesk AutoCAD, la versión de pago y de código propietario.

Es sencillo de usar, y con una interfaz intuitiva y rica en herramientas con las de trabajar. Por eso es uno de los más empleados. Se basa en OpenCASCADE y está escrito en C++ y Python, bajo licencia GNU GPL.

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Blender

Blender

Otro gran conocido en el mundo del software libre. Este gran software es usado incluso por muchos profesionales, dada la potencia y resultados que ofrece. Disponible en múltiples plataformas, como Windows y Linux, y bajo licencia GPL.

Pero lo más importante de este software es que no solo sirve para iluminación, renderizado, animación y creación de gráficos tridimensionales para vídeos animados, videojuegos, pinturas, etc., sino que también lo puedes usar para modelado 3D y crear lo que necesites imprimir.

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Autodesk AutoCAD

Autocad

Es una plataforma similar a FreeCAD, pero es software propietario y de pago. Sus licencias tienen un precio elevado, pero es uno de los programas más empleados a nivel profesional. Con este software podrás crear diseños CAD tanto en 2D como en 3D, agregando movilidad, numerosas texturas a los materiales, etc.

Está disponible para Microsoft Windows, y una de sus ventajas es la compatibilidad con los archivos DWF, que son uno de los más extendidos y desarrollado por la propia empresa Autodesk.

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Autodesk Fusion 360

Autodesk Fusion

Autodesk Fusion 360 tiene muchas similitudes con AutoCAD, pero se basa en una plataforma en la nube, para que puedas trabajar desde donde quieras y siempre disponer de la versión más avanzada de este software. En este caso, también tendrás que pagar suscripciones, que tampoco son baratas precisamente.

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Tinkercad

TinkerCad

TinkerCAD es otro programa de modelado 3D que se puede usar en línea, desde un navegador web, lo que abre mucho las posibilidades de usarlo desde donde necesites. Desde 2011 ha estado ganando usuarios, y se ha convertido en una plataforma muy popular entre los usuarios de las impresoras 3D, e incluso en centros educativos, puesto que su curva de aprendizaje es bastante más sencilla que la de Autodesk.

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Meshlab

MeshLab

Está disponible para Linux, Windows y macOS, y es totalmente gratuito y de código abierto. MeshLab es un sistema de software para procesamiento de mallas 3D. El objetivo de este software es gestionar estas estructuras para su edición, reparación, inspección, renderizado, etc.

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Solidworks

SolidWorks

La compañía europea Dassault Systèmes, a partir de su filial SolidWorks Corp., ha desarrollado uno de los mejores y más profesionales software CAD para modelado 2D y 3D. SolidWorks puede ser una alternativa a Autodesk AutoCAD, pero está especialmente diseñado para el modelado de sistemas mecánicos. No es gratuito, ni tampoco de código abierto, y se encuentra disponible para Windows.

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Creo

PTC Creo

Por último, Creo es otro de los mejores software CAD/CAM/CAE para impresoras 3D que puedes encontrar. Es un software creado por PTC y que permite diseñar multitud de productos con gran calidad, de forma rápida y con poco trabajo. Todo gracias a su interfaz intuitiva pensada para mejorar la usabilidad y la productividad. Puede desarrollar piezas para fabricación aditiva y sustractiva, así como para simulación, diseño generativo, etc. Es de pago, de código cerrado y solo para Windows.

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Impresión 3D

impresión 3D

El siguiente paso al diseño usando el software anterior es la propia impresión. Es decir, cuando a partir de ese archivo con el modelo la impresora 3D comienza a generar las capas hasta completar el modelo y obtener el diseño real.

Este proceso puede tardar más o menos, en función de la velocidad de impresión, de la complejidad de la pieza, y del tamaño de la misma. Pero podría ir desde algunos minutos hasta horas. Durante este proceso se puede desatender la impresora, aunque siempre es positivo monitorizar de vez en cuando el trabajo para evitar que algunos problemas terminen afectando al resultado final.

Pos-proceso

Figuras 3D,impresoras 3d

Por supuesto, una vez se termina de imprimir la pieza en la impresora 3D, el trabajo no suele terminar ahí en la mayoría de los casos. Después suelen venir otros pasos adicionales conocidos como pos-procesado como:

  • Eliminar algunas partes que se necesitan generar y que no forman parte del modelo final, como pueden ser alguna base o soporte que se necesita para que la pieza se mantenga.
  • Lijar o pulir la superficie para conseguir un mejor acabado final.
  • Tratamiento superficial del objeto, como puede ser barnizado, pintado, baños, etc.
  • Algunas piezas, como las de metal, podrían incluso necesitar otros procesos como el horneado.
  • En caso de que una pieza se haya tenido que dividir en partes porque no era posible construir entera por sus dimensiones, tal vez haya que unir las partes (ensamblado, pegamento, soldadura…).

Dudas frecuentes

FAQ

Por último, el apartado de F.A.Q.s o preguntas de dudas frecuentes y respuestas que suelen surgir a la hora de usar una impresora 3D. Las que más se suelen buscar son:

Cómo abrir STL

STL, modelo 3D

Una de las dudas más frecuentes es cómo se puede abrir o visualizar un archivo .stl. Esta extensión hace referencia a los archivos de estereolitografía y se puede abrir e incluso editar por el software CATIA de Dassault Systèmes, entre otros programas CAD como AutoCAD, etc.

Además de los STL, también hay otros archivos como .obj, .dwg, .dxf, etc. Todos ellos bastante populares y que se pueden abrir con multitud de programas diferentes e incluso convertir entre formatos.

Plantillas 3D

plantillas 3d

Deberías saber que no siempre tienes que crear tú mismo el dibujo 3D, puedes conseguir modelos ya hechos de todo tipo de cosas, desde figuras de videjuegos o películas, hasta objetos prácticos para el hogar, juguetes, prótesis, máscaras, carcasas para Raspberry Pi, y mucho más. Cada vez hay más webs con bibliotecas de estas plantillas listas para descargar e imprimir en tu impresora 3D. Algunos sitios recomendados son:

A partir de modelo real (3D scanning)

figura del Cesar, escaneo 3D

Otra posibilidad, si lo que quieres es recrear un clon o réplica perfecta de otro objeto 3D, es usar un escáner 3D. Son aparatos que te permiten rastrear la forma de un objeto, pasando a un archivo digital el modelo y permitiendo imprimir.

Aplicaciones y usos de la impresora 3D

impresora 3D

Para finalizar, las impresoras 3D se pueden usar para multitud de aplicaciones. Los usos más populares que se le pueden dar son:

Prototipos para ingeniería

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Uno de los usos más populares de las impresoras 3D en el ámbito profesional es para la creación de prototipos rápidos, es decir, para prototipado rápido. Ya sea para obtener piezas para un monoplaza de carreras, como un Fórmula 1, o para crear prototipos de motores o mecanismos complejos.

De esta forma, se le permite al ingeniero obtener una pieza de forma mucho más rápida que si se tuviese que enviar a una factoría para su manufactura, así como obtener prototipos de prueba para ver si un modelo final funcionaría como se espera.

Arquitectura y construcción

arquitectura

photo: © www.StefanoBorghi.com

Por supuesto, y muy relacionado con lo anterior, también se pueden usar para construir estructuras y realizar pruebas mecánicas para arquitectos, o construir ciertas piezas que no se pueden fabricar con otros procedimientos, crear prototipos de edificios u otros objetos como muestra o maqueta, etc.

Además, la irrupción de impresoras de hormigón y otros materiales, también han abierto la puerta a poder imprimir casas de forma rápida y mucho más eficiente y respetuosas con el medio ambiente. Incluso se ha propuesto llevar este tipo de impresoras a otros planetas para las futuras colonias.

Diseño y personalización de joyas y otros complementos

joyería impresa 3d

Una de las cosas que más se ha extendido es la joyería impresa. Una forma de poder obtener piezas únicas y más rápidas, con características personalizadas. Algunas impresoras 3D pueden imprimir algunos charms y accesorios en materiales como el nylon o el plástico en diferentes colores, pero también existen algunas otras usadas en el ámbito de la joyería profesional que pueden emplear metales nobles como el oro o la plata.

Aquí también se podría incluir algunos productos que también se están imprimiendo últimamente, como prendas de ropa, calzado, complementos de moda, etc.

Ocio: cosas hechas con impresora 3D

ocio, impresora 3d

No hay que olvidar el ocio, que es para lo que se usan una gran cantidad de impresoras 3D domésticas. Estos usos pueden ser muy variados, desde crear algún soporte personalizado, hasta desarrollar adornos o piezas de repuesto, hasta figuras para pintar de tus personajes de ficción favoritos, carcasas para proyectos DIY, tazas personalizadas, etc. Es decir, para usos no lucrativos.

Industria manufacturera

industria, impresora 3d de metal

Muchas industrias manufactureras ya usan impresoras 3D para producir sus productos. No solo por las ventajas de este tipo de fabricación aditiva, sino porque a veces, dada la complejidad de un diseño, no son posibles crear por métodos tradicionales como la extrusión, el uso de moldes, etc. Además, estas impresoras han evolucionado, pudiendo usar materiales muy diversos, incluso imprimir piezas metálicas.

También es frecuente fabricar piezas para vehículos, e incluso para aeronaves, ya que permiten obtener algunas piezas muy ligeras y con mayor eficiencia. Las grandes como AirBus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes, etc., ya cuentan con ellas.

Impresoras 3D en medicina: odontología, prótesis, bioimpresión

protesis impresas 3d

Otro de los grandes sectores para usar impresoras 3D es el ámbito de la salud. Se pueden usar para multitud de objetivos:

  • Fabricar prótesis dentales de forma más precisa, así como brackets, etc.
  • Bioimpresión de tejidos como la piel o los órganos para futuros trasplantes.
  • Otros tipos de prótesis para problemas óseos, motores o musculares.
  • Ortopedia.
  • etc.

Comida impresa / alimentación

comida impresa 3d

Se pueden usar impresoras 3D para crear decoraciones en platos, o para imprimir dulces como los bombones con una forma concreta, e incluso para otras muchas comidas diferentes. Por tanto, la industria de la alimentación también busca emplear las ventajas de estas máquinas.

Además, también se está buscando una forma de mejorar la comida a nivel nutricional, como la impresión de filetes de carne hechos a partir de proteínas recicladas o de los que se ha eliminado ciertos productos nocivos que puede haber en la carne natural. También hay algunos proyectos para crear productos para veganos o vegetarianos que simulan a los cárnicos reales, pero que se crean a partir de proteína vegetal.

Educación

educación

Y, por supuesto, las impresoras 3D son una herramienta que inundará los centros educativos, ya que son un fantástico compañero para las clases. Con ellas los profesores pueden generar modelos para que los alumnos aprendan de una forma práctica e intuitiva, o los propios alumnos podrían desarrollar su capacidad de ingenio y crear todo tipo de cosas.

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