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Las pequeñas y medianas empresas (pymes) del sector metalmecánico desempeñan un papel estratégico en cadenas de valor industriales como la construcción, la energía y el sector naval. Sin embargo, muchas enfrentan brechas tecnológicas, baja formalización de procesos de innovación y limitaciones para sostener mejoras productivas. Este estudio propone un marco estructurado de implementación de servicios tecnológicos orientado al fortalecimiento de la innovación y la capacidad tecnológica en pymes metalmecánicas de Cartagena, Colombia. La investigación adopta un enfoque cualitativo exploratorio-descriptivo con diseño de estudio de caso múltiple en cinco empresas participantes del Proyecto ZASCA Metalmecánico Cartagena. Se emplearon análisis documental, entrevistas semiestructuradas y una encuesta estructurada tipo Likert para validar el modelo propuesto. Los resultados evidencian que la implementación por fases —diagnóstico, planificación, ejecución y seguimiento— contribuye a mejorar la formalización de procesos, fortalecer la capacidad de absorción tecnológica y aumentar la conciencia organizacional sobre la innovación como proceso estructurado. El modelo propuesto ofrece un marco con potencial replicable para centros de reindustrialización en contextos emergentes.