Diseño, construcción y evaluación de un modelo funcional de un sistema de alistamiento para el proceso de fabricación de filamento para impresión 3d a partir de botellas PET recicladas.

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This paper develops the design, construction, and evaluation of a functional model of a system for preparing recycled material based on polyethylene terephthalate (PET) bottles. The project arose from the need to make more efficient use of post-consumer plastic, reducing its environmental impact and generating raw material for different industrial processes. The main objective was to propose a technical and economical alternative that would allow bottles to be transformed into usable pieces through a pre-conditioning system. This initiative revolves around three fundamental objectives: 1. Collect information on the system for obtaining filament for 3D printing from recycled PET bottles; 2. Design a system for preparing, cleaning, and cutting recycled PET bottles for the process of obtaining filament for 3D printing; 3. To build and evaluate the performance of a functional prototype of the preparation system for processing recycled PET bottles in the manufacture of 3D printing filament. The methodology adopted included a literature review on the handling of PET, its mechanical and thermal properties, as well as an analysis of existing technologies for its reprocessing. Based on this, the technical requirements of the model were established, defining the dimensions, materials, cutting, crushing, and heating mechanisms necessary to modify the bottles and obtain more uniform cylindrical geometries. The design was complemented by the selection of components and the preparation of plans using CAD software. During construction, low-cost materials and elements available on the local market were used, ensuring accessibility and ease of maintenance. The model incorporates a rotating system that simulates the operation of a lathe, combined with a controlled heat source that allows the bottles to be molded into the desired shape. Subsequently, experimental tests were carried out to evaluate parameters such as processing times, and the quality of the resulting material. The results show that the model is capable of transforming PET bottles into homogeneous cylindrical pieces, suitable for continuing the filament production process for 3D printing. An adequate balance was achieved between simplicity of operation, and final product quality. Likewise, limitations related to the thermal stability of the material and the need for improvements in temperature control were identified. In conclusion, the project demonstrates the feasibility of implementing a PET preparation system in local and academic contexts, contributing to the strengthening of sustainable practices and the circular economy. In addition, it provides an experimental basis for future developments that integrate automation and industrial scaling of the process.

Descripción

El presente trabajo desarrolla el diseño, construcción y evaluación de un modelo funcional de un sistema de alistamiento de material reciclado a base de botellas de tereftalato de polietileno (PET). El proyecto surge de la necesidad de aprovechar de manera más eficiente el plástico postconsumo, reduciendo su impacto ambiental y generando materia prima para diferentes procesos industriales. El objetivo central fue plantear una alternativa técnica y económica que permita transformar botellas en piezas aprovechables mediante un sistema de acondicionamiento previo. Esta iniciativa gira en torno a tres objetivos fundamentales: 1. Recolectar información sobre el sistema de obtención de filamento para impresión 3D a partir de botellas PET recicladas; 2. Diseñar un sistema de alistamiento, y corte de botellas PET recicladas para el proceso de obtención de filamento para impresión 3D; 3. Construir un prototipo funcional del sistema de alistamiento para el procesamiento de botellas PET recicladas en la fabricación de filamento de impresión 3D. La metodología adoptada incluyó una revisión bibliográfica sobre el manejo del PET, sus propiedades mecánicas y térmicas, así como un análisis de tecnologías existentes para su reprocesamiento. A partir de esta base se establecieron los requerimientos técnicos del modelo, definiendo dimensiones, materiales, mecanismos de corte y calentamiento necesarios para modificar las botellas y obtener geometrías cilíndricas más uniformes. El diseño se complementó con selección de componentes y elaboración de planos en software CAD. Durante la construcción se emplearon materiales de bajo costo y elementos disponibles en el mercado local, garantizando accesibilidad y facilidad de mantenimiento. El modelo incorpora un sistema de giro que simula el funcionamiento de un torno, combinado con una fuente de calor controlada que permite moldear las botellas hasta alcanzar la forma deseada. Posteriormente, se realizaron pruebas experimentales para evaluar parámetros como tiempos de procesamiento y calidad del material resultante. Los resultados evidencian que el modelo es capaz de transformar botellas PET en piezas cilíndricas homogéneas, aptas para continuar el proceso de elaboración de filamento para impresión 3D. Se logró un balance adecuado entre simplicidad de operación y calidad del producto final. Asimismo, se identificaron limitaciones relacionadas con la estabilidad térmica del material y la necesidad de mejoras en el control de temperatura. En conclusión, el proyecto demuestra la viabilidad de implementar un sistema de alistamiento de PET en contextos locales y académicos, aportando al fortalecimiento de prácticas sostenibles y a la economía circular. Además, constituye una base experimental para futuros desarrollos que integren automatización y escalamiento industrial del proceso.

Palabras clave

Accesibilidad, Aceleración, Divergencia, Polimerización, Termoplástico, Extrusión, Corte, Economía circular, Policondensación, Filamento, PET, CAD, CAE, FDM, PETG, PLA, ODS

Citación