Fabricación de filamento plástico para impresión 3D a partir de material reciclado

Abstract

La contaminación por plásticos es un problema ambiental crítico. En este contexto, el presente estudio investiga la viabilidad de fabricar filamentos para impresión 3D utilizando material reciclado, en particular tapas de botellas de polietileno de alta densidad (HDPE). Esta iniciativa se alinea con la Ley 21.368 de Chile, que promueve la reducción del uso de plásticos desechables y el desarrollo de soluciones sostenibles. El proceso de fabricación desarrollado incluye la recolección de tapas plásticas, su trituración, limpieza, separación por densidad, secado, extrusión y enfriamiento para la obtención del filamento. Se realizaron ensayos mecánicos, como pruebas de tracción, para evaluar la resistencia y ductilidad del material reciclado. Los resultados demostraron que, aunque el filamento mantiene una resistencia mecánica aceptable, su ductilidad disminuye con cada ciclo de reciclaje, lo que limita su reutilización repetida. Además, se evidenciaron desafíos en la uniformidad del filamento, afectando su aplicación en impresiones de alta precisión. Entre las principales limitaciones del estudio se encuentran la necesidad de adaptar los equipos de extrusión y mejorar la consistencia del material reciclado. Para abordar estos desafíos, se recomienda investigar el uso de aditivos que optimicen la ductilidad del filamento, perfeccionar los procesos de limpieza y extrusión para obtener productos más homogéneos y considerar la fabricación de pellets reciclados como una alternativa comercialmente viable. Este proyecto demuestra que es posible desarrollar soluciones sostenibles dentro de la economía circular, promoviendo la reutilización de plásticos en aplicaciones tecnológicas. Asimismo, impulsa la innovación tecnológica e industrial, ya que la optimización del proceso de reciclaje y fabricación de filamentos puede abrir nuevas oportunidades para el desarrollo de materiales avanzados, la automatización en la manufactura aditiva y la integración de tecnologías más eficientes en el sector productivo. La implementación de mejoras en el proceso podría ampliar el alcance de esta iniciativa, incentivando el uso de materiales reciclados en la manufactura aditiva y reduciendo el impacto ambiental de los residuos plásticos. Plastic pollution is a critical environmental problem. In this context, this study investigates the feasibility of manufacturing 3D printing filaments using recycled material, specifically high-density polyethylene (HDPE) bottle caps. This initiative aligns with Chile’s Law 21.368, which promotes the reduction of disposable plastics and the development of sustainable solutions. The developed manufacturing process includes collecting plastic caps, shredding, cleaning, density separation, drying, extrusion, and cooling to obtain the filament. Mechanical tests, such as tensile strength tests, were conducted to evaluate the mechanical resistance and ductility of the recycled material. The results showed that, although the filament maintains acceptable mechanical strength, its ductility decreases with each recycling cycle, limiting its repeated reuse. Additionally, challenges related to filament uniformity were evident, affecting its application in high-precision 3D printing. Among the main limitations of the study is the need to adapt extrusion equipment and improve the consistency of the recycled material. To address these challenges, it is recommended to explore the use of additives to enhance the filament’s ductility, refine the cleaning and extrusion processes for more homogeneous products, and consider the manufacturing of recycled pellets as a commercially viable alternative. This project demonstrates the feasibility of developing sustainable solutions within the circular economy, promoting the reuse of plastics in technological applications. Furthermore, it fosters technological and industrial innovation, as optimizing the recycling and filament manufacturing process can create new opportunities for the development of advanced materials, automation in additive manufacturing, and the integration of more efficient technologies in the production sector. Implementing process improvements could expand the reach of this initiative, promoting the use of recycled materials in additive manufacturing and reducing the environmental impact of plastic waste.