Jurnal Syntax Admiration	Vol. 2 No. 7 Juli 2021
p-ISSN : 2722-7782 e-ISSN : 2722-5356	Sosial Teknik

PENGARUH INFILL GEOMETRY, PRINTING SPEED DAN NOZZLE TEMPERATURE TERHADAP KEKUATAN IMPAK MENGGUNAKAN� FILAMEN ST PLA

Frandika Putra Bowo, Zaldy Sirwansyah Suzen, Yudi Oktriadi

Politeknik Manufaktur Negeri� Bangka Belitung (POLMAN BABEL) Indonesia

Email: [email protected], [email protected], [email protected].

INFO ARTIKEL	ABSTRAK
Diterima 5 Juli 2021 Direvisi 9 Juli 2021 Disetujui 21 Juli 2021	Teknologi 3D Printing dikenal dengan sebutan Additive Layer Manufacturing, salah satu teknologi 3D Printing yang terkenal adalah Fused Deposition Modelling (FDM). Prinsip kerja FDM adalah dengan cara ekstrusi termoplastik melalui nozel yang panas pada melting temperature selanjutnya produk dibuat lapis perlapis. �Penelitian mengenai pengaruh parameter 3D printing terhadap� uji tarik telah banyak dilakukan terhadap material plastik. Sedangkan penelitian mengenai uji impak terhadap material plastik masih belum banyak dilakukan. Dari permasalahan tersebut, maka diperlukan suatu penelitian untuk mendapatkan kekuatan impak terhadap material plastik. Penelitian ini menggunakan mesin 3D printing FDM model PRUSA area dengan dimensi 220mm X 220mm X 250mm dengan ukuran diameter nozel 0,4mm. Filamen yang digunakan adalah jenis plastik yaitu filamen ST PLA dengan diameter 1.75mm dengan variasi parameternya yaitu infill geometry (Grid, Lines, Triangles, Tri Hexagon, Cubic, Cubic Subdivision, Octet, Quarter Qubic, Concentric, Zig-Zag, Cross, Cross 3D dan Gyroid), nozzle temperature (210�C, 215 �C dan 220 �C) dan printing speed (30mm/s, 40mm/s dan 50mm/s) yang di tentukan pada aplikasi perancangan sehingga menghasilkan 39 sampel yang dicetak. �Hasil dari pengujian impak metode charpy tertinggi terdapat pada eksperimen uji nomor 35 sebesar 0,00653 Joule/mm^2 dengan Infill geometry Concentric, printing speed 50mm/s dan nozzle temperature 220�C. Nilai uji impak terendah pada eksperimen nomor 11 sebesar 0,00119 Joule/mm^2 dengan Infill geometry Cross, printing speed 30mm/s dan nozzle temperature 210�C. ABSTRACT 3D Printing technology is known as Additive Layer Manufacturing, one of the famous 3D Printing technologies is Fused Deposition Modeling (FDM). The working principle of FDM is by extruding thermoplastic through hot nozzles at a melting temperature, then the product is made layer by layer. Research on the effect of 3D printing parameters on tensile tests has been carried out on plastic materials. Meanwhile, research on impact testing on plastic materials has not been done much. From these problems, a research is needed to obtain the impact strength of plastic materials. This study uses a 3D printing machine FDM model PRUSA area with dimensions of 220mm X 220mm X 250mm with a nozzle diameter of 0.4mm. The filament used is a plastic type, namely ST PLA filament with a diameter of 1.75mm with a variety of parameters, namely infill geometry (Grid, Lines, Triangles, Tri Hexagon, Cubic, Cubic Subdivision, Octet, Quarter Qubic, Concentric, Zig-Zag, Cross, Cross 3D and Gyroid), nozzle temperature (210�C, 215�C and 220�C) and printing speed (30mm/s, 40mm/s and 50mm/s) which were determined in the design application resulting in 39 printed samples. The results of the highest impact testing of the charpy method were found in experimental test number 35 of 0.00653 Joule/mm2 with Concentric Infill geometry, printing speed of 50mm/s and nozzle temperature of 220�C. The lowest impact test value in experiment number 11 was 0.00119 Joule/mm2 with Infill geometry Cross, printing speed 30mm/s and nozzle temperature 210�C.
Kata Kunci: 3D Printing, ST PLA, impak,charpy Keywords: 3D Printing, ST PLA, impak,charpy.

Pendahuluan

Teknologi 3D printing berkembang sejak tahun 1980-an membawa perubahan besar pada dunia, khususnya dalam dunia manufaktur.(Schwab, 2019) Teknologi ini juga dikenal dengan sebutan Additive Layer Manufacturing. Salah satu teknologi 3D Printing yang terkenal adalah Fused Deposition Modelling (FDM).(Pristiansyah et al., 2019) �Prinsip kerja FDM adalah dengan cara ekstrusi termoplastik melalui nozzle yang panas pada melting temperature selanjutnya produk dibuat lapis perlapis. Material yang digunakan adalah filament flexible jenis Eflex dengan diameter 1,75 mm. Parameter proses yang digunakan adalah flowrate, layer thickness, nozzle temperature, printing speed, overlap, dan fan speed. Spesi menujiber bentuk kubus berukuran 20 mm � 20 mm � 20 mm. Optimasi parameter proses menggunakan metode Taguchi L27 Orthogonal Array untuk uji akurasi dimensi(Pamasaria et al., 2020). Nilai parameter proses optimal untuk mendapatkan keakuratan dimensi X adalah flowrate 110%, layer thickness 0,10 mm, nozzle temperature 210 �C, print speed 40 mm/s, overlap 75%, danfan speed 50%. Dimensi Y adalah flowrate 120%, layer thickness 0,20 mm, nozzle temperature 230� C, print speed 30 mm/s, overlap 75%, danfanspeed 100%. Serta dimensi Z adalah flowrate 120%, layer thickness 0,30 mm, nozzle temperature 210 �C, print speed 30 mm/s, overlap 50%, dan fan speed 100% (Pristiansyah et al., 2019)

Kebutuhan konstruksi semakin merambah dalam penggunaan material plastik sebagai bahan utamanya.(Wiliaury et al., 2015) Namun semua itu harus diimbangi dengan kelayakan desain. Sebelum desain tersebut dibuat nyata, material harus diuji terlebih dahulu. Hal ini agar konstruksi dinyatakan aman untuk operasional manusia. Ketangguhan material terhadap patah getas dan patah ulet adalah masalah yang harus diperhatikan pada kontruksi plastik. Untuk menilai ketahanan material terhadap patah getas dan patah ulet perlu adanya dilakukan uji impak (Budiyanto, n.d.). Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau konstruksi, dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba. Pengujian yang dilakukan dalam skala lab pada umumnya adalah uji impak metode charpy, dipilih karena dirasa lebih sederhana dan aman pada prosedur pengujiannya(Wawandaru & Fitri, 2019)

Plastik merupakan bahan yang sulit terurai, sehingga perlu dilakukan penelitian pengujian impak pada sampah plastik daur ulang bertujuan untuk mengetahui sifat fisik, ketahanan dan ketangguhan sampah plastik hasil daur ulang. Diperoleh nilai rata-rata sampel berupa plastik polypropylene, nilai energi impak rata-rata = 1,31 joule, dan kekuatan impak/impact strength rata-rata = 0,0161 joule/mm². Polyethylene Terephthalate jenis plastik, energi tumbukan rata-rata = 1,15 joule, kekuatan impak/ impact strength rata-rata = 0,0138 joule/mm². Plastik campuran antara PP dan PET, energi tumbukan rata-rata = 1,18 joule, nilai rata-rata kekuatan impak/impact strength = 0,0145 Joule/mm². Sebagai hasil dari pengujian ini, plastik Polyethylene memiliki nilai impak tertinggi untuk sampah plastik daur ulang �(Putra et al., 2017) Proses fused deposition modeling merupakan proses pembuatan objek 3D melalui pelelehan dengan cara lapisan demi lapisan sehingga membetuk sebuah benda yang diinginkan proses pembuatan objek 3D mengunakan alat printer 3D yang didalamnya terdapat bottom plat yang berfungsi untuk membentuk permukaan cetak. Dengan demikian tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah menyelidiki pengaruh suhu bottom plate terhadap produk printer 3D dan kekuatan bahan Acrylonitrile Butadiene Styrene terhadap pengujian impac (Winarto, 2015).

Berdasarkan penjelasan latar belakang di atas maka dilakukan penelitian �mengenai pengaruh infill geometry ,printing speed dan nozzle temperature pada pencetakan 3D printing filamen ST PLA terhadap pengujian impak.

Adapun tujuan dari Penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh parameter infill geometry, printing speed dan nozzle temperature terhadap harga impak tertinggi dan harga impak terendah dari uji impak metode charpy (Putranto, 2011).

Manfaat penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam pembuatan penelitian proses uji impak ketika menggunakan material ST PLA dan PLA sejenis. Seperti yang diungkapkan dalam penelitian (Pambudi, 2017) menunjukkan bahwa sampel kontrol memiliki hasil kekuatan tarik dan bending yang sesuai dengan referensi datasheet filament PLA. Objek dengan internal geometri triangle berukuran 9 mm dan ketebalan 2 mm memiliki kekuatan tarik dan bending yang lebih baik dari geometri honeycomb.

Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode Eksperimen. Pada tahap eksperimen ini dilakukan hal-hal sebagai berikut:

1. Melakukan pembuatan model spesimen berdasarkan ukuran standar ASTM E23-05.

2. Melakukan proses pencetakanberdasarkan parameter proses yang akan di uji

3. Melakukan pengujian impak pada bahan filamen ST PLA yang sudah di cetak di mesin 3D printing.

a. Material

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah filamen plastik jenis ST PLA yang berwarna rose pink dengan diameter 1,75 mm dan berat bersih 1kg, yang ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1

Filamen ST PLA

b. Spesimen Uji Impak

Spesimen uji impak pada penelitian ini menggunakan spesimen untuk uji impak metode charpy dengan takik berbentuk V berada ditengah, berdasarkan ukuran dan standar ASTM E23-05, sesuai dengan Gambar 2.

Gambar 2

Spesimen Standar ASTM E23-05

c. Mesin

Mesin yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin 3D Printing Anet ET4 dengan printing area XYZ 220 mm x 220 mm x 250 mm dan diameter nozelnya 0.4 mm yang ditunjukkan Gambar 3.

Gambar 3

Mesin 3D Printing Anet ET4

d. Alat Uji

Alat uji impak yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat uji impak GOTECH model GT-7045 metode charpy, guna alat uji impak yaitu untuk mengetahui nilai dari sudut posisi akhir pendulum (cos β) pada setiap spesimen. Alat uji impak dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4

Alat Uji Impak Charpy Model GT-7045

Tabel 1

Spesifikasi Alat Uji Impak GOTECH Model GT-7045

Berat Pendulum	2.5 Kg
Jarak lengan pengayun	0.4 m
Sudut posisi awal pendulum	150^o

e. Parameter Proses

Setelah persiapan selesai dilakukan, maka akan dilanjutkan dengan menentukan paremeter uji, yaitu parameter berubah maupun parameter tetap. Parameter berubah adalah infill geometry, printing speed,dan nozzle temperature. Dan parameter tetap adalah Layer Height 0,2mm, Outer Wall Line Width 0,4mm, Wall Thickness 0,8mm, Top Layers 4, Bottom Layer 4, Infill Density 100%, Fan Speed 100%, Layer Thickness 0,2mm, Bed Temperature 60^oC dan Travel Speed 100mm/s.

Tabel 2

Parameter Spesimen Uji Impak

Exp No	Infill Geometry	Printing Speed (mm/s)	Nozzle Temperature (�C)	Layer Thickness (mm)	Bed Temperature (� C)	Travel Speed (mm/s)
1	Grid	30	210	0.2	60	100
2	Lines	30	210	0.2	60	100
3	Triangles	30	210	0.2	60	100
4	Tri-Hexagon	30	210	0.2	60	100
5	Cubic	30	210	0.2	60	100
6	Cubic Subdivision	30	210	0.2	60	100
7	Octet	30	210	0.2	60	100
8	Quarter Qubic	30	210	0.2	60	100
9	Concentric	30	210	0.2	60	100
10	Zig-zag	30	210	0.2	60	100
11	Cross	30	210	0.2	60	100
12	Cross 3D	30	210	0.2	60	100
13	Gyroid	30	210	0.2	60	100
14	Grid	40	215	0.2	60	100
15	Lines	40	215	0.2	60	100
16	Triangles	40	215	0.2	60	100
17	Tri-Hexagon	40	215	0.2	60	100
18	Cubic	40	215	0.2	60	100
19	Cubic Subdivision	40	215	0.2	60	100
20	Octet	40	215	0.2	60	100
21	Quarter Qubic	40	215	0.2	60	100
22	Concentric	40	215	0.2	60	100
23	Zig-zag	40	215	0.2	60	100
24	Cross	40	215	0.2	60	100
25	Cross 3D	40	215	0.2	60	100
26	Gyroid	40	215	0.2	60	100
27	Grid	50	220	0.2	60	100
28	Lines	50	220	0.2	60	100
29	Triangles	50	220	0.2	60	100
30	Tri-Hexagon	50	220	0.2	60	100
31	Cubic	50	220	0.2	60	100
32	Cubic Subdivision	50	220	0.2	60	100
33	Octet	50	220	0.2	60	100
34	Quarter Qubic	50	220	0.2	60	100
35	Concentric	50	220	0.2	60	100
36	Zig-zag	50	220	0.2	60	100
37	Cross	50	220	0.2	60	100
38	Cross 3D	50	220	0.2	60	100
39	Gyroid	50	220	0.2	60	100

Hasil dan Pembahasan

A. Hasil Penelitian

Setelah melakukan pengujian impak metode charpy pada spesimen cetak, maka diperoleh hasil yang beragam dari setiap urutan eksperimen yang memiliki nilai yang berbeda-beda terhadap parameter tetap yaitu layer thickness 0,2 mm, bed temperature 60^oC, dan travel speed 100mm/s dan parameter berubah yaitu nozzle temperature 210�C, 215 �C dan 220 �C, 40mm/s dan 50mm/s dengan 13 type infill yang berbeda yaitu Grid, Lines, Triangles, Tri Hexagon, Cubic, Cubic Subdivision, Octet, Quarter Qubic, Concentric, ZigZag, Cross, Cross 3D dan Gyroid, yang terdapat pada Tabel 3.

Tabel 3

Nilai Hasil Impak

Exp No	Infill Geometry	Printing Speed (mm/s)	Nozzle Temperature (�C)	Layer Thickness (mm)	Bed Temperature (� C)	Travel Speed (mm/s)	Harga Impak(J/mm^2)
1	Grid	30	210	0.2	60	100	0,00159
2	Lines	30	210	0.2	60	100	0,00351
3	Triangles	30	210	0.2	60	100	0,00159
4	Tri-Hexagon	30	210	0.2	60	100	0,00159
5	Cubic	30	210	0.2	60	100	0,00198
6	Cubic Subdivision	30	210	0.2	60	100	0,00139
7	Octet	30	210	0.2	60	100	0,00198
8	Quarter Qubic	30	210	0.2	60	100	0,00262
9	Concentric	30	210	0.2	60	100	0,00159
10	Zig-zag	30	210	0.2	60	100	0,00305
11	Cross	30	210	0.2	60	100	0,00119
12	Cross 3D	30	210	0.2	60	100	0,00139
13	Gyroid	30	210	0.2	60	100	0,00159
14	Grid	40	215	0.2	60	100	0,00178
15	Lines	40	215	0.2	60	100	0,00198
16	Triangles	40	215	0.2	60	100	0,00328
17	Tri-Hexagon	40	215	0.2	60	100	0,00262
18	Cubic	40	215	0.2	60	100	0,00240
19	Cubic Subdivision	40	215	0.2	60	100	0,00219
20	Octet	40	215	0.2	60	100	0,00198
21	Quarter Qubic	40	215	0.2	60	100	0,00471
22	Concentric	40	215	0.2	60	100	0,00159
23	Zig-zag	40	215	0.2	60	100	0,00328
24	Cross	40	215	0.2	60	100	0,00159
25	Cross 3D	40	215	0.2	60	100	0,00159
26	Gyroid	40	215	0.2	60	100	0,00305
27	Grid	50	220	0.2	60	100	0,00178
28	Lines	50	220	0.2	60	100	0,00178
29	Triangles	50	220	0.2	60	100	0,00178
30	Tri-Hexagon	50	220	0.2	60	100	0,00178
31	Cubic	50	220	0.2	60	100	0,00178
32	Cubic Subdivision	50	220	0.2	60	100	0,00159
33	Octet	50	220	0.2	60	100	0,00219
34	Quarter Qubic	50	220	0.2	60	100	0,00398
35	Concentric	50	220	0.2	60	100	0,00653
36	Zig-zag	50	220	0.2	60	100	0,00178
37	Cross	50	220	0.2	60	100	0,00328
38	Cross 3D	50	220	0.2	60	100	0,00139
39	Gyroid	50	220	0.2	60	100	0,00305

B. Pembahasan

1. Hasil Parameter Nozzle Temperature 210 ^oC, Printing Speed 30mm/s dengan 13 Tipe infill

Pada hasil dari pengujian impak meode charpy dengan parameter 13 tipe infill, nozzle temperature 210^oC, printing speed 30mm/s, layer thickness 0,2mm, bed temperature 60^oC, dan travel speed 100mm/s, didapatkan nilai Harga Impak tertinggi yaitu 0,00351 Joule/mm² dengan infill Lines, dan nilai Harga Impak terendah yaitu 0,00119 Joule/mm² dengan infill Cross. Hasil dari pembahasan ini dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5

�Hasil Harga Impak Nozzle Temperature 210^oC dan Printing Speed 30mm/s

ozzle temperature 215^oC, printing speed 40mm/s, layer thickness 0,2mm, bed teHasil Parameter Nozzle Temperature 215 ^oC, Printing Speed 40mm/s dengan 13 Tipe infill

Pada hasil dari pengujian impak metode charpy dengan parameter 13 tipe infill, nmperature 60^oC, dan travel speed 100mm/s, didapatkan nilai Harga Impak tertinggi yaitu 0,00471 Joule/mm² dengan infill Quarter Qubic dan nilai Harga Impak terendah yaitu 0,00159 Joule/mm² dengan infill Concentric, Cross dan Cross 3D. Hasil dari pembahasan ini dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6

Hasil Harga Impak Nozzle Temperature 215^oC dan Printing Speed 40mm/s

Hasil Parameter Nozzle Temperature 220 ^oC, Printing Speed 50mm/s dengan 13 Tipe infill.

Pada hasil dari pengujian impak metode charpy dengan parameter 13 tipe infill , nozzle temperature 220^oC, printing speed 50mm/s, layer thickness 0.2mm, bed temperature 60� C, dan travel speed 100mm/s, maka didapatkan nilai Harga Impak tertinggi yaitu 0,00653 Joule/mm² dengan infill Concentric dan nilai Harga Impak terendah yaitu 0,00139 Joule/mm² dengan infill Cross 3D. Hasil dari pembahasan ini dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7

�Hasil Harga Impak Nozzle Temperature 220^oC dan Printing Speed 50mm/s

Berdasarkan data yang diperoleh dari hasil pengujian impak keseluruhan yang diolah dengan parameter berubah yaitu 13 Infill Geometri, Printing Speed (30mm/s, 40 mm/s dan 50mm/s), dan Nozzle Temperature (210⁰C, 215⁰C dan 220⁰C) dan parameter tetap yaitu Layer Thickness 0.2mm, Bed Temperature 60� C, dan Travel Speed100mm/s menggunakan grafik yang ditunjukkan pada Gambar 8, bahwa parameter berubah (Infill Geometri, Printing Speed, dan Nozzle Temperature) memiliki pengaruh terhadap hasil dari harga impak/kekuatan impak, sehingga nilai tertinggi dari hasil pengujian impak adalah pada infill concentric, printing speed 50 mm/s dan temperature nozzle 220⁰C dengan hasil 0,00653 Joule/mm², dan nilai terendah dari hasil pengujian impak adalah pada infill cross, printing speed 30 mm/s dan temperature nozzle 210⁰C dengan hasil 0,00119 Joule/mm² yang terdapat pada Gambar 8 .

Gambar 8

Hasil Keseluruhan Uji Impak Spesimen

Kesimpulan

Berdasarkan hasil dari pengolahan data yang didapat, maka disimpulkan bahwa hasil pengujian impak metode charpy menggunakan spesimen ST PLA didapatkan nilai uji impak terbesar pada eksperimen nomor 35 sebesar 0,00653 Joule/mm² dengan Infill geometry Concentric, printing speed 50mm/s dan nozzle temperature 220�C. Dan nilai uji impak terendah terdapat pada eksperimen nomor 11 sebesar 0,00119 Joule/mm² dengan Infill geometry Cross, printing speed 30 mm/s dan nozzle temperature 210�C.

BIBLIOGRAFI

Budiyanto, E. (n.d.). Pengujian Material. Laduny Alifatama. Google Scholar

Pamasaria, H. A., Saputra, T. H., Hutama, A. S., & Budiyantoro, C. (2020). Optimasi Keakuratan Dimensi Produk Cetak 3D Printing berbahan Plastik PP Daur Ulang dengan Menggunakan Metode Taguchi. JMPM (Jurnal Material Dan Proses Manufaktur), 4(1), 12�19. Google Scholar

Pambudi, A. I. (2017). Analisis Pengaruh Internal Geometri Terhadap Sifat Mekanik Material Polylactic Acid (PLA) Dipreparasi Menggunakan 3D Printing. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Google Scholar

Pristiansyah, P., Hasdiansah, H., & Sugiyarto, S. (2019). Optimasi Parameter Proses 3D Printing FDM Terhadap Akurasi Dimensi Menggunakan Filament Eflex. Manutech: Jurnal Teknologi Manufaktur, 11(01), 33�40. Google Scholar

Putra, W. T., Ismono, I., & Fadelan, F. (2017). Analisa Hasil Uji Impak Sampah Plastik Jenis PP, PET, dan Campuran (PP+ PET). REM (Rekayasa Energi Manufaktur) Jurnal, 2(1), 51�56. Google Scholar

Putranto, B. (2011). Perancangan Alat Uji Impak Charpy Untuk Material Komposit Berpenguat Serat Alam (Natural Fiber). Google Scholar

Schwab, K. (2019). Revolusi Industri Keempat. Gramedia Pustaka Utama. Google Scholar

Wawandaru, M., & Fitri, M. (2019). Perancangan Alat Uji Impak Charpy Untuk Material Plastik Dengan Takik. Zona Mesin: Program Studi Teknik Mesin Universitas Batam, 8(3). Google Scholar

Wiliaury, M., Santosa, A., & Kattu, G. S. (2015). Perancangan Mebel Multifungsi Untuk Dormitory Mahasiswa Desain. Intra, 3(2), 38�44. Google Scholar

Winarto, S. (2015). Pengaruh Suhu Pada Bottom Plate Terhadap Produk Printer 3D. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Google Scholar

Copyright holder:

Frandika Putra Bowo, Zaldy Sirwansyah Suzen, Yudi Oktriadi (2021)

First publication right:

Jurnal Syntax Admiration

This article is licensed under: