Desarrollo de un equipo para generar filamento para impresoras 3D a partir de botellas de PET recicladas

Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 48 Desarrollo de un equipo para generar filamento para impresoras 3D a partir de botellas de PET recicladas Efraín Méndez Flores Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0005-6462-3201 José Israel Rodríguez Barrón Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0003-7254-1578 Víctor Manuel Mata Prado Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0000-0002-9863-9827 Hugo Cesar Gutiérrez Vargas Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0004-6942-6218 Mariela Méndez Flores Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0000-4530-847X Isaa Misael Soltero Ramos Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0001-4439-9362 Jesús Castañeda Fuentes Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Tepic 0009-0007-5512-7024 Recibido: 09 de diciembre de 2025 | Aceptado: 21 de diciembre de 2025 | Publicado en línea: 25 de diciembre de 2025 | Resumen: El presente artículo aborda la problemática ambiental generada por los residuos de tereftalato de polietileno (PET) mediante el diseño, construcción y validación de un dispositivo innovador capaz de transformar botellas recicladas en filamento para impresión 3D. El objetivo principal fue desarrollar una Cómo citar: Méndez-Flores, E., Rodríguez-Barrón, J. I., MataPrado, V. M., Gutiérrez-Vargas, H. C., MéndezFlores, M., Soltero-Ramos, I. M. y Castañeda-Fuentes, J. (2025). Desarrollo de un equipo para generar filamento para impresoras 3D a partir de botellas de PET recicladas. Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación, 3(15), 48-53. DOI 10.5281/zenodo.18050282 [.RIS] © Licencia Creative Commons Atribución-NoComercialSinDerivadas 4.0 Internacional. solución tecnológica alineada con la economía circular y el reciclaje distribuido, aplicable tanto en sectores industriales como en instituciones educativas. La metodología se estructuró en cuatro etapas: investigación de antecedentes, diseño conceptual y modelado CAD en Fusion 360, construcción del prototipo con sistemas de control térmico y mecánico, y una fase final de pruebas y validación técnica. Los resultados obtenidos demuestran que el dispositivo es técnicamente viable, logrando producir un filamento con niveles de uniformidad y propiedades mecánicas comparables a los materiales comerciales vírgenes. Durante las pruebas de impresión, se observó un flujo estable y una resistencia adecuada en las piezas fabricadas, especialmente al integrar aditivos que mejoran la solidez del hilo extruido. La discusión destaca que, además de su eficacia técnica, el sistema ofrece una ventaja económica significativa al reducir los costos operativos de manufactura aditiva y minimizar la huella de carbono asociada al transporte de insumos. Se concluye que el prototipo representa una herramienta estratégica para fomentar la sostenibilidad y la formación de competencias tecnológicas en espacios como el Instituto Tecnológico de Tepic. A pesar de áreas de mejora en la automatización del corte, el dispositivo se consolida como una alternativa accesible para mitigar el impacto ambiental del plástico PET. Palabras clave: filamento; 3D; reciclaje; PET; contaminación; sustentable. Abstract: This article addresses the environmental problems generated by polyethylene terephthalate (PET) Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 49 Introducción El reciclaje se ha convertido en un tema de vital importancia en la actualidad debido al impacto ambiental generado por los residuos plásticos, particularmente aquellos derivados del PET (tereftalato de polietileno). Este material, ampliamente utilizado en la fabricación de botellas y envases, constituye uno de los flujos de residuos más significativos a nivel global, pero también representa una oportunidad para reducir la contaminación si se gestiona de manera adecuada (ECOCE, 2024; NAPCOR, 2023). En este contexto, el desarrollo de un dispositivo capaz de transformar botellas de PET recicladas en filamento plástico para impresoras 3D ofrece una solución innovadora y sostenible, alineada con las tendencias actuales de reciclaje distribuido y manufactura aditiva (Woern et al., 2018). Este proyecto busca diseñar y construir un dispositivo con aplicaciones prácticas tanto en empresas y fábricas donde podría integrarse en procesos de manufactura sostenibles, como en instituciones educativas, incluyendo los Institutos Tecnológicos del país. En el ámbito industrial, este dispositivo permite cerrar el ciclo de vida del plástico, promoviendo modelos de economía circular tales como los recomendados por organismos especializados en reciclaje y valorización de materiales (ECOCE, 2024). Por su parte, en escuelas y universidades, se presenta como una herramienta educativa para fomentar la conciencia ambiental y el desarrollo de competencias tecnológicas, preparando a los estudiantes para los retos de la industria moderna. Con el uso de este dispositivo, se plantea reducir la cantidad de residuos plásticos, así como impulsar la creación de materiales reutilizables que promuevan la innovación en áreas como el diseño, la ingeniería y la fabricación digital. Este enfoque combina sostenibilidad y tecnología, marcando un precedente en la integración de soluciones ecológicas en diversos entornos y respaldando los beneficios ambientales y económicos del reciclaje distribuido señalados por Kreiger y Pearce (2013). Metodología El proyecto se elaboró en cuatro etapas. En la primera etapa se diseñará un prototipo eficiente para la elaboración de filamentos de calidad aceptable para impresoras 3D a través de la reutilización de las botellas de PET. Paso 1. Investigación y análisis revisión de antecedentes. Se investigaron máquinas existentes para reciclado de PET y producción de filamento. Estudiar propiedades del PET y su comportamiento durante procesos térmicos. Se identificaron estándares de calidad para filamentos de impresoras 3D (tolerancia dimensional, resistencia, flexibilidad, nivel de absorción de humedad y color). Paso 2. Diseño conceptual. Se propusieron varias configuraciones para el prototipo, considerando: mecanismo de corte de botellas, sistema de extrusión y calentamiento y control de diámetro del filamento. through the design, construction, and validation of an innovative device capable of transforming recycled bottles into filament for 3D printing. The main objective was to develop a technological solution aligned with the circular economy and distributed recycling, applicable in both industrial sectors and educational institutions. The methodology was structured in four stages: background research, conceptual design and CAD modeling in Fusion 360, prototype construction with thermal and mechanical control systems, and a final phase of testing and technical validation. The results obtained demonstrate that the device is technically viable, successfully producing a filament with levels of uniformity and mechanical properties comparable to virgin commercial materials. During printing tests, stable flow and adequate strength were observed in the manufactured parts, especially when incorporating additives that improve the strength of the extruded filament. The discussion highlights that, in addition to its technical effectiveness, the system offers a significant economic advantage by reducing additive manufacturing operating costs and minimizing the carbon footprint associated with transporting raw materials. It concludes that the prototype represents a strategic tool for promoting sustainability and developing technological skills in institutions such as the Technological Institute of Tepic. Despite areas for improvement in the automation of the cutting process, the device is established as an accessible alternative for mitigating the environmental impact of PET plastic. Keywords: filament; 3D; recycling; PET; pollution; sustainable. Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 50 Selección de concepto: Evaluar las ideas con base en criterios como viabilidad, costos, impacto ambiental y facilidad de manufactura. En la segunda etapa se elaborará un prototipo eficiente para la elaboración de filamentos de alta calidad para impresoras 3D a través de la reutilización de las botellas de PET. Paso 3. Modelado CAD en Fusion 360. Creación de componentes principales: Diseñar cada módulo del prototipo en Fusion 360: Módulo 1: Sistema de corte del PET. Módulo 2: Sistema de calentamiento, extrusión y formación del filamento. Módulo 3: Sistema de enfriamiento, control de diámetro y control de densidad. Simulación y análisis: Se utilizaron herramientas de simulación térmica, dinámica y estructural para validar el diseño (Fusión 360). Se identificaron posibles fallas o áreas de mejora para futuras actualizaciones. Paso 4. Prototipo Impresión y ensamblaje: Se imprimieron piezas clave utilizando impresión 3D y se ensamblaron las partes mecánicas del prototipo. Se integraron componentes: se instalaron componentes electrónicos como motores, hotends, ventiladores y sensores. Se implementó un sistema de control básico (microcontrolador o PLC). Implementar piezas de aluminio en partes estratégicas para la disipación de calor. En la tercera etapa se evaluó la viabilidad técnica y económica del uso del equipo a través de un comparativo con filamentos comerciales, considerando su impacto medioambiental y su aceptación en el mercado. Paso 5. Pruebas y validación. Pruebas funcionales: Se verificó el correcto funcionamiento del prototipo en: Corte del PET, extrusión uniforme del filamento, control del diámetro, control de burbujas en el material. Se realizaron pruebas de calidad del filamento: Se evaluaron las propiedades físicas del filamento (resistencia, flexibilidad, consistencia). Se realizaron múltiples pruebas y la medición de tolerancias y pruebas de temperatura, retracciones, humedad, burbujas u irregularidades con un estereoscopio marca MOTIT y flujo y de impresión en impresoras 3D. Fig. 1. PET sin colorantes. Nota. Corte transversal de muestra de filamento de tereftalato de polietileno (PET) sin colorantes; el hilo formado por el extrusor no es completamente sólido, ya que el método de generación es extruido por ductilidad lo que genera que el material sea hueco en el centro, otorgándole la propiedad de ductilidad y flexibilidad; el producto esperado es un hilo sólido de plástico. Fig. 2. PET con aditivos colorantes. Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 51 Nota. Corte transversal muestra de filamento del tereftalato de polietileno (PET) con aditivos colorantes; c) el hilo formado por el extrusor es completamente sólido debido a que el método de formado es por extrusión de material, generando un hilo sólido parecido producto esperado; sin embargo, el material es duro y poco flexible, pudiendo generar estrías de rotura a menor ángulo de cierre, con respecto del modelo esperado del hilo sólido plástico. Fig. 3. Hilo sólido plástico. Nota. Representación del modelo esperado de hilo plástico sólido, caracterizado por una estructura homogénea, sin cavidades internas, y con un equilibrio adecuado entre resistencia mecánica y flexibilidad. Paso 6. Documentación y publicación En la cuarta etapa se promoverá la educación y sensibilización ambiental, difundiendo el uso de este equipo como una solución para reducir la contaminación por plásticos y fomentar la impresión 3D sostenible. Paso 7. Implementación y escalabilidad Producción piloto. en un futuro se espera construir varias unidades del prototipo para validación a mayor escala. Análisis económico. Estimar costos de producción y rentabilidad del sistema. Plan de escalabilidad. Evaluación de la posibilidad de producir el diseño a nivel industrial. Paso 8. Promoción e implementación en espacios educativos. Promover la educación y sensibilización ambiental, difundiendo el uso de este equipo como una solución para reducir la contaminación por plásticos y fomentar la impresión 3D sostenible. Resultados El desarrollo e implementación del dispositivo generador de filamento a partir del reciclaje de botellas de PET demostraron ser una alternativa técnicamente viable y ambientalmente sostenible ante la creciente problemática del desperdicio plástico. Los resultados obtenidos evidencian que el prototipo cumple con estándares adecuados de funcionamiento, logrando producir filamento con un nivel de uniformidad y desempeño comparable —e incluso superior en ciertas propiedades mecánicas— al de productos comerciales basados en materiales vírgenes (Woern et al., 2018; Kreiger & Pearce, 2013). Esta calidad se reflejó en la estabilidad del flujo durante la impresión y en la resistencia de las piezas fabricadas, reafirmando el potencial del PET reciclado para aplicaciones de manufactura aditiva no estructural. Asimismo, el dispositivo mostró un bajo costo de operación, lo que lo convierte en una opción económicamente accesible para pequeñas empresas, talleres de prototipado y, especialmente, instituciones educativas. En espacios académicos como el Instituto Tecnológico de Tepic, su integración puede fortalecer programas de formación tecnológica y promover prácticas pedagógicas orientadas a la sostenibilidad, en concordancia con iniciativas que impulsan la economía circular y la valorización de residuos (ECOCE, 2024; NAPCOR, 2023). De manera general, los resultados confirman que el prototipo representa un avance significativo en el aprovechamiento de residuos plásticos mediante tecnologías accesibles. Su funcionamiento contribuye a la reducción del impacto ambiental asociado al PET, al mismo tiempo que fomenta prácticas productivas responsables y la formación de competencias en diseño, ingeniería y manufactura aditiva. Discusión Los resultados obtenidos en la implementación del dispositivo para la producción de filamento a partir de botellas de PET recicladas permiten analizar su desempeño desde tres dimensiones fundamentales: viabilidad técnica, impacto ambiental y factibilidad económica. Cada uno de estos aspectos revela el potencial del sistema y, a la vez, señala áreas de mejora para su futura optimización. Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 52 En primer lugar, desde el punto de vista técnico, la calidad del filamento producido por el prototipo mostró ser comparable con la reportada en estudios previos sobre reciclaje distribuido de materiales plásticos. Investigaciones desarrolladas por Joshua M. Pearce y colaboradores (2013; 2018) han demostrado que el reciclaje descentralizado mediante extrusores de bajo costo puede generar filamentos con propiedades adecuadas para impresión 3D, siempre que se controlan parámetros como temperatura, velocidad de extrusión y limpieza del material. Los resultados del presente proyecto coinciden con la evidencia empírica presentada por Woern et al. (2018), quienes reportan que el PET reciclado mantiene una estabilidad térmica adecuada y un comportamiento mecánico cercano al de polímeros vírgenes cuando se procesa correctamente. Esto sugiere que la tecnología empleada en el prototipo es técnicamente sólida y escalable. En relación con el impacto ambiental, la capacidad del dispositivo para transformar residuos PET en insumos útiles se alinea con los principios de la economía circular. Organizaciones como NAPCOR y ECOCE han documentado el creciente volumen de PET posconsumo generado en América del Norte y México, así como la necesidad de incrementar las tasas de recuperación para reducir la huella ecológica. El dispositivo desarrollado contribuye a esta meta al convertir un residuo de alta disponibilidad en un producto con valor agregado, evitando que las botellas terminen en basureros o ecosistemas naturales. Además, el proceso de extrusión local reduce los costos energéticos y las emisiones asociadas al transporte y la fabricación industrial de filamento comercial, situación previamente demostrada por Kreiger & Pearce (2013). Desde el enfoque económico, la comparación entre el costo del filamento producido y el filamento comercial revela una ventaja significativa. Dado que el PET posconsumo es un recurso abundante y de bajo costo, el uso de este tipo de dispositivos puede generar ahorros sustanciales para instituciones educativas, talleres de prototipado e incluso pequeñas empresas que dependen de materiales para manufactura aditiva. Este beneficio económico refuerza su potencial adopción en contextos donde los recursos son limitados, al tiempo que fomenta prácticas responsables y sostenibles. No obstante, es importante señalar algunas limitaciones. El prototipo todavía depende de un proceso relativamente manual para la preparación del PET principalmente la limpieza y el corte de las botellas, lo cual puede afectar la eficiencia operativa si no se cuenta con equipo auxiliar adecuado. Además, la estabilidad del diámetro del filamento, aunque aceptable, podría mejorar mediante la implementación de sistemas automáticos de control y calibración. A pesar de estas limitaciones, el análisis general muestra que el dispositivo cumple con su propósito y aporta beneficios concretos en términos ambientales, económicos y formativos. Su eficacia demuestra que los sistemas de reciclaje distribuido tienen un papel relevante en la transición hacia modelos productivos más sustentables, y que la integración de este tipo de tecnologías en instituciones educativas como el Instituto Tecnológico de Tepic puede impulsar la formación de competencias vinculadas con la innovación, la ingeniería y la sostenibilidad. Conclusión El desarrollo del dispositivo para la generación de filamento a partir del reciclaje de botellas de PET demuestra que es posible integrar soluciones tecnológicas accesibles con prácticas de sostenibilidad ambiental. Los resultados obtenidos evidencian que el prototipo es técnicamente viable, capaz de producir filamento con propiedades adecuadas para la impresión 3D y comparable al rendimiento de materiales comerciales, lo cual coincide con los hallazgos de investigaciones previas en reciclaje distribuido y manufactura aditiva. Desde una perspectiva ambiental, el dispositivo contribuye de manera significativa a la reducción de residuos plásticos al transformar un desecho de alto impacto en un recurso útil, apoyando los principios de la economía circular promovidos por organismos especializados en reciclaje como NAPCOR y ECOCE. Su implementación permite disminuir la dependencia de filamento elaborado con plástico virgen y reduce la huella ecológica asociada a la fabricación y transporte de insumos comerciales. En el ámbito económico y social, el dispositivo representa una alternativa de bajo costo para empresas, talleres e instituciones educativas. En particular, su integración en espacios académicos como el Instituto Tecnológico de Tepic fortalece la formación de estudiantes en áreas de innovación, ingeniería y sostenibilidad, además de fomentar la conciencia ambiental y la participación activa en modelos de producción responsables. En conjunto, los resultados demuestran que el dispositivo no solo es funcional, sino que también constituye una herramienta estratégica para impulsar prácticas sostenibles en distintos entornos. Su adopción puede Revista Multidisciplinaria de Ciencia Básica, Humanidades, Arte y Educación ISSN 2992-7722, Volumen 3, Número 13, pp. 48-53, Noviembre-Diciembre 2025, mjshae.org DOI 10.5281/zenodo. 18050282 53 marcar un precedente en la implementación de tecnologías de reciclaje accesibles, promoviendo un cambio tangible hacia la reducción de residuos y la optimización de los recursos disponibles. Agradecimientos Las y los autores queremos expresar nuestro agradecimiento a todas las personas que intervinieron, colaboraron y brindaron las facilidades necesarias para la realización de este artículo. A las autoridades del Instituto Tecnológico de Tepic, por su disposición y apoyo. A los estudiantes que participaron y colaboraron en las diversas etapas del proyecto, quienes con sus aportaciones hicieron posible identificar áreas de oportunidad. Referencias Alabi, O. A., Ologbonjaye, K. I., Awosolu, O., & Alalade, O. E. (2019). 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