Pendahuluan
Zaman sekarang, Banyak
industri manufaktur sudah menggunakan proses rapid prototyping untuk membuat suatu prototype. Industri manufaktur menggunakan model CAD 3D tersebut lalu dilanjutkan dengan
kedalam gambar kerja 2D yang berisi tentang informasi-informasi dari produk
tersebut ke dalam proyeksi orthogonal dan
isometri lalu memproduksi dengan
teknik permesinan pada umumnya. Terdapatnya perkembangan teknologi yang terus
menjadi pesat dalam pembuatannya suatu prototype
tidak terdapatnya memakan banyak waktu produksi, serta bisa membuat prototype dalam waktu singkat dan biaya
yang rendah dapat terwujud dengan memakai mesin rapid prototyping (Jeffrey et al., 2016).
Proses pencetakan benda
padat dengan mesin 3D Printer menggunakan
command (perintah) berupa file
program atau dikenal dengan namanya Additive
Manufacturing (AM) (Ramadholnl, 2010).
Terdapat berbagai jenis teknologi AM yang
ada di pasaran, yaiu seperti Fused
Deposition Modeling (FDM), Direct Metal Deposition (DMD), Selective Laser Sintering (SLS),
Inkjet Modeling (IJM), Digital Light
Processing (DLP), dan Stereolithography (SLA) (Mahamood et al., 2016).
Additive manufacturing merupakan
salah satu metode dalam proses teknik rapid
prototyping, teknologi ini merupakan teknologi yang paling mudah
diaplikasikan ke dalam additive
manufacturing (Jeffrey et al., 2016).
FDM adalah salah satu teknik pemodelan laminasi
yang umum digunakan dalam prototyping serta
manufaktur. Sistem FDM bekerja dengan
filamen diumpankan ke nosel, yang memanaskan dan melelehkan filamen. Nozzle mengalir ke meja (bed) sesuai dengan bagian geometris
yang dimasukkan ke dalam program dalam bentuk Solid Works (SW), plastik / filamen diekstrusi halus
berlapis-lapis, dan resin / filamen akan mengeras setelah dikeluarkan dari nosel
(Jeffrey et al., 2016).
Metode Penelitian
1.
Tempat
Peneltitan ini dimulai pada bulan Maret 2021 sampai
dengan bulan Agustus 2021. Tempat penelitian ini bertempat pada Laboratorium
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila Jakarta.
2. Metode
Peneltian
a) Alat Uji Impak
Impact Testing Machine (metode charpy) merk
ZONHOW XJL-50 made in China.
b)
Alat Uji Tarik
Tensile Strength Machine merk Tokyo made in Japan.
c)
Alat Uji MAkro
Uji Mikro menggunakan kamera Handphone (Hp) merk ASUS ROG 3.
3. Alat dan
Bahan
a) Alat :
1. Mesin 3D
Printer Anet ET4
Printer 3D adalah printer yang dapat
melihat,menangkap, dan mencetak objek 3D dengan volume. Model 3D adalah printer
3D Anet ET4, yaitu jenis printer 3D yang dibuat dan digunakan lapis demi lapis
dalam proses pembuatan objek fisik 3D dalam file digital yang digunakan.
Istilah printer 3D awalnya mengacu pada proses penerapam perekat ke bed dengan kepala printer inkjet berlapis (Putra & Sari, 2018).
Baru-baru ini, istilah tersebut telah digunakan dalam dialek populer untuk
mencakup berbagai teknologi manufaktur aditif.
Standar teknis Amerika Serikat dan dunia menggunakan istilah resmi
manufaktur aditif untuk mengungkapkan artinya.
Membuat model 3D dapat memakan waktu dari beberapa
jam hingga beberapa hari, tergantung pada metode yang digunakan serta ukuran
dan kerumitan model. Sistem aditif biasanya dapat mengurangi waktu ini menjadi
beberapa jam, tetapi, itu tergantung pada jenis mesin yang digunakan dan ukuran
serta jumlah model yang diproduksi pada waktu yang sama. Dibandingkan dengan
menggunakan mesin cetak injeksi untuk produksi massal, printer 3D memungkinkan
desainer dan tim pengembangan konsep untuk dengan mudah menggunakan printer 3D
sebagai prototipe komponen dan model konsep dan juga membantu menggunakan
meminimalisir pemborosan desain produk sebelum di produksi massal jumlah
kesalahan.
Gambar 1
Printer
3D Anet ET4
2. Laptop
Adapun spesifikasi laptop yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Processor : Intel� Core� i7-7700HQ CPU 2.80GHz
2. RAM������� : 8 GB
3. Sistem Operasi
: Windows 10 Home Single Language 64-bit (10.0, Build 19042)
4. HDD������� : 1 TB
5. Produk���� : MSI GL62M 7RDX
Gambar 2
Laptop
A. Proses Pembuatan Komposit Porous Material Berbahan
Polylactide Acid (PLA) Dan Analisa Hasil Uji
Bab ini akan dijelaskan mengenai pembahasan dari
dari rumusan masalah dan tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya.
Dilakukan tahap pengumpulan data yang kemudian dilanjutkan dengan pengolahan
data dan kombinasi parameter Fused
Deposition Modeling yang tepat untuk menghasilkan filament dan prototipe/spesiment uji dengan material gabungan Polylactid Acid (PLA) (Satankar, R, 2017).
1. Gambaran Umum
Bahan PLA
sendiri keras,kuat dan biodegradable tetapi
juga rapuh karena didasarkan pada pati tanaman daripada minyak mentah. PLA adalah termoplastik biodegradable yang didapat dari sumber
terbarukan. Misalnya seperti tepung maizena, tepung tapioka. Jenis ini
menjadikan PLA solusi paling ramah
lingkungan dalam domain pencetakan 3D, berbeda dengan berbagai plastik berbasis
petrokimia seperti ABS atau PVA (Kalpakjian & Schmid, 2003).
2. Parameter Fused Deposition Modeling
Dalam menentukan produk yang akan dibuat dengan
teknologi Fused Deposition Modeling pastinya
dipengaruhi oleh beberapa parameter. Pengertian dari parameter itu sendiri
merupakan suatu kondisi atau nilai yang dijadikan sebagai tolak ukur terhadap
kondisi atau nilai lainnya. Pengertian lain, parameter yang tercapai atau terwujudkan
bisa mengindikasikan ketercapaian tujuan. Semua parameter yang mempengaruhi
pembuatann produk dapat diatur dalam software
yang terdapat pada 3D printing (Progress, 2021).
Hanya
beberapa parameter yang terdapat pada settingan mesin yang dapat diatur dan
berpengaruh terhadap parameter lain. Parameter tersebut antara lain :
Tabel 1
Parameter yang
Terdapat di Mesin dan Pengaruh
Terhadap
Parameter Umum
|
No. |
Parameter Mesin |
Berpengaruh pada |
|
1. |
Nozzle temperature |
lacking, Layer
Height |
|
2. |
Layer Height |
layer Height. Raster widht, raster to raster gap, Necking, cusp height |
|
3. |
Shell Number |
shell |
|
4. |
Infill Rate
dan Infill type |
infill |
|
5. |
Nozzle Speed |
lacking, speed of deposition |
3. Proses Produksi pada 3D Printing
Proses 3D
printing dalam pembuatan produk kurang lebih memiliki prinsip kerja yang sama
dengan printer pada umumnya. Dapat dilihat pada Gambar 1. yang menjelaskan
mengenai proses cetak 3D printer (Letcher & Waytashek, 2014). Hal yang pertama dilakukan adalah desain
objek konversikan ke berbagai format file yang terkait dengan aplikasi yang
digunakan. Desain awal objek menggunakan aplikasi Solidwork dengan format gambar (SLDPRT),
atau langsung diselesaikan di software Solid
Work atau AutoCAD atau aplikasi
permodelan terkait lainnya (desain terlampir) (Ramadhani, 2019).
Gambar 3
Diagram Alir Proses 3D Printing
4. Proses Desain Spesimen Uji
1.
Strength Kekuatan Tarik Komposit Porous Materials
Pengumpulan data
diawali dengan pembuatan desain 3D untuk spesimen pada Software SolidWork, Uji tarik dilakukan untuk melengkapi data
desain dasar untuk kekuatan material dari informasi digunakan untuk mendukung
spesifikasi. Saat uji tarik, bahan/ sampel dikenai gaya tarik aksial,
yang kemudian terus ditingkatkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Contoh
uji tarik. Pada saat yang sama, amati pertumbuhan yang diterima materi. Hitung
tegangan longitudinal rata- rata dari
uji tarik dibagi menjadi luas penampang awal pada bahan yang akan diuji.
Bentuk serta
dimensi dari spesimen uji tarik terbuat berlandaskan standar ASTM D638-02a tipe
1, yang bisa dilihat pada Gambar 4.
Gambar
4
Standar
ASTM D638-02a Tipe 1
Gambar 5
Hasil Gambar
Spesimen Uji Tarik
2.
Komposit Porous
Materials
Uji impak merupakan
salah satu metode yang digunakan untuk mengetahui kekuatan, kekerasan, dan
keuletan bahan. Karena itu, uji impak banyak digunakan dalam bidang
pengujian sifat mekanis bahan. Pengujian impak adalah suatu usaha
mensimulasikan kondisi operasi material yang umum pada alat transportasi ataupun
konstruksi, Pembebanan material tersebut tidak selalu terjadi secara bertahap,
tetapi tiba- tiba.
Bentuk serta dimensi
dari spesimen uji impak, lihat Gambar 6.
Gambar
6
Hasil
Gambar Spesimen Uji Impak
Selama proses
desain, masukkan desain gambar sampel uji tarik dan impak ke dalam aplikasi Ultimaker Cura (4.8.0) untuk mengetahui
berapa lama waktu yang dibutuhkan, kemudian simpan di ubah ke format G- code yang dapat dimasukan dan dicetak
pada printer 3D (Triyono et al., 2020).
Gambar 7
Spesimen Uji Setelah Slicing
Proses
pencetakan specimen dilakukan dengan mesin Anet ET4. Sebelum dilakukan
pencetakan spesimen pastikan perlengkapan pendukung telah sesuai dengan SOP (Pramudyo & Rachmansyah, 2014). Seperti bed
tape (pelapis area cetak) agar spesimen melekat sempurna di area kerja,
melakukan kalibrasi posisi area kerja yang dapat diatur di interface mesin Anet ET4 dan mesin dalam keadaan tertutup sampai
proses percetakan selesai untuk menjaga suhu kerja tetap stabil. Berikut
merupakan gambar proses pencetakan spesimen:
Gambar
8
Proses
Pencetakan
Gambar 9
Selesai Pencetakan
5. Proses Uji Spesimen
1.
Tensile
Strength
Pengujian
kekuatan tarik spesimen dilakukan menggunakan alat uji tarik Tokyo Testing Machine seperti yang
ditunjukan pada Gambar 10.
Gambar 10
Alat Uji Tarik Tokyo Testing Machine
Lihat pada
Tabel 2 Hasil uji tarik didapatkan nilai σt pada masing-masing sampel,
dimana kecepatan pencetakan diubah. Hasil perbandingan kekuatan tarik (σt)
(Handoyo, 2013).
Tabel 2
Hasil Pengujian Tarik
|
Kode Spesimen |
σt (MPa) |
|
|
A |
Sp 1 |
27,63 |
|
Sp 2 |
29,36 |
|
|
Sp 3 |
26,30 |
|
|
|
Rerata |
27,76 |
|
B |
Sp 1 |
28,51 |
|
Sp 2 |
27,82 |
|
|
Sp 3 |
27,09 |
|
|
|
Rerata |
27,81 |
|
C |
Sp 1 |
27,58 |
|
Sp 2 |
27,82 |
|
|
Sp 3 |
27,09 |
|
|
|
Rerata |
27,96 |
Nilai mean (rerata) tertinggi diperoleh pada
rerata sampel A yaitu 27,96 MPa, dan nilai sampel komposisi B sebesar 27,81
MPa. Sampel komposisi C nilai kuat tarik rata-rata sebesar 27,76 Mpa (Anggoro et al., 2021). Karena dari itu, dapat dilihat bahwa kecepatan print speed mempengaruhi kekuatan tarik
sampel, sampel A memiliki kekuatan tarik tertinggi, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 11 dibawah.
Gambar 11
Hasil Uji Tensile Strength
Berdasarkan
data pada Gambar 11 diatas, dapat
dilihat menghasilkan kekuatan tarik yang berbeda. Bahwa semakin tinggi
kecepatan (print speed) yang dibentuk
menjadi spesimen kekuatan yang diuji pada uji tarik menjadi rendah, dan semua lapisan mungkin tidak rata. Disisi lain,
apabila kecepatan yang dibentuk rendah , kekuatan yang dihasilkan juga saat di
uji akan menjadi tinggi .
2.
Yield
Strength
Lihat Tabel 4 kekuatan
luluh rata-rata dari uji tarik. Hasil perbandingan variasi rata- rata sampel
menunjukkan bahwa nilai batas elastis rata-rata (σys) sampel A paling
tinggi sebesar 25,38 MPa, dan nilai sampel B sebesar 25,37 MPa, dan nilai
sample C nilai rerata yield strength (σys)
sebesar 21,46 MPa sehingga nilai rata-rata ketiga sampel dipengaruhi oleh print speed-nya.
Tabel 4
Rerata Yield Strength dari
Pengujian Tarik
|
Kode spesimen |
Yield Strength (MPa) |
|
A |
25,38 |
|
B |
25,37 |
|
C |
21,46 |
Pada Gambar 4
Kekuatan luluh rata-rata sampel dapat dianggap sebagai peningkatan nilai
kekuatan luluh, sesuai dengan peeningkatan kecepatan pencetakan. Sampel A
dengan kecepatan 20 m/s memiliki nilai yield
strength yang paling rendah. Sampel B dengan kecepatan cetak 40 m/s
memiliki nilai lebih rendah, sedangkan sampel C dengan kecepatan cetak 50 m/s
memiliki nilai tertinggi. Semua sampel memiliki suhu 200˚C, yang merupakan
pengaturan suhu dari ekstruder yang sama.
Gambar
12
Nilai
Rerata Yield Strength
3.
Makro
Komposit Porous Materials
Pengamatan
Foto makro dilakukan pada bentuk pola lapis demi lapis (layer by layer) dalam bentuk gambar, pengujian struktur makro
diambil menggunakan handphone ASUS ROG3 dengan
pembesaran 50X. Berikut ini adalah gambar makro, seperti yang ditunjukkan pada
gambar:
Gambar
13
Foto
Makro Suhu Nozzle 200˚C Pembesar
50X
Hasil fotografi makro dapat disimpulkan bahwa filament pemanas yang terbentuk pada
sampel tidak sepenuhnya rata, dan terkadang satu atau lebih lapisan tidak rata,
seperti terlihat pada Gambar 13 Ini karena suhu yang
diberikan terlalu tinggi, dan terkadang mungkin karena nosel mungkin bergerak
terlalu cepat atau jarak antara nozzle dan
bottom plate terlalu dekat. Jika suhu
nozzle terlalu tinggi, filament juga akan meleleh. Saat filament meleleh. Saat mencetak sampel
tidak rata karena akan menyebar ke segala arah. Jika nozzle bergerak terlalu cepat, proses pencetakkan akan lebih
terburu-buru dan hasilnya tidak akan sempurna. Jika jarak antara nozzle dan bottom plate terlalu dekat, maka pada saat filament dicetak maka seakan-akan filament tersebut akan tertekan, dan efek penectakan tidak akan
memuaskan.
4.
Impact Test
Spesimen uji memiliki
dimensi ukuran 8 x 10 x 55 mm (Tinggi x Lebar x Panjang), dengan posisi takik
di tengah, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji, dan sudut takik
45˚. Takik berbentul V. Horizontal tidak tetap duduk pada alas di
posisinya. Pendulum berayun di belakang takik dengan pembebanan dilakukan dari
arah belakang takik.
Pengujian impak
spesimen dilakukan menggunakan alat uji impak Universal Impact Tester seperti yang ditunjukan pada Gambar 14.
Gambar 14
Alat Uji Impak Universal Impact Tester
Gambar
15
Spesimen
Ditempatkan Pada Alat Uji
Gambar
16
Contoh
Hasil (print speed 20 m/s dan 40 m/s)
Uji
Impak Charpy
Tabel 4
Hasil Perhitungan Spesimen
(Tebal Layer 0,1 mm)
|
No. |
Kode spesimen |
Suhu Nozzle (˚C) |
Tebal Layer (mm) |
Tinggi Awal (h) (derajat) |
Tinggi Akhir
(h') (derajat) |
EI (Joule) |
HI (Joule) |
Jenis Patahan |
|
1 |
A |
200 |
0,1 |
20 |
18 |
49,216 |
0,491 |
Patah |
|
2 |
B |
200 |
0,1 |
20 |
18 |
49,216 |
0,491 |
Patah |
|
3 |
C |
200 |
0,1 |
20 |
16 |
98,431 |
0,981 |
Patah |
Pengaturan Layer Thickness 0,1 mm dan juga print speed pada saat slicing memberikan pengaruh pada energi
yang diserap saat di uji impak terhadap hasil printing. Spesimen dengan Layer
thickness 0,1 mm memiliki nilai akhir (Joule)
0,491 (20 m/s) , 0,491 (40 m/s) dan juga 0,981 (50 m/s). Layer thickness 0,1 mm memberikan efek
lebih kecil dimana energi diserap saat di uji pukul/impak.
Tabel 5
Hasil Perhitungan Spesimen
(Tebal Layer 0,2 mm)
|
No. |
Kode spesimen |
Suhu Nozzle (˚C) |
Tebal Layer (mm) |
Tinggi Awal (h) (derajat) |
Tinggi Akhir
(h') (derajat) |
EI (Joule) |
HI (Joule) |
Jenis Patahan |
|
1 |
A |
200 |
0,2 |
20 |
16 |
98,431 |
0,981 |
Patah |
|
2 |
B |
200 |
0,2 |
18 |
14 |
98,431 |
0,981 |
Patah |
|
3 |
C |
200 |
0,2 |
16 |
14 |
49,216 |
0,491 |
Patah |
Analis uji impak
sampel plastic dengan printer 3D adalah sebagai berikut.
a)
Tergantung pada jenis ketebalan lapisan,perlu untuk
membuat sedikit energi sehingga energi yang diserap dapat dibaca dalam uji Charpy, sehingga hipotesis sementara
dapat diperoleh jika irisan/slicing lebih
tipis pada spesimen plastik di uji impak.
Kesimpulan��������������������������������������������������������������
Kesimpulan yang diperoleh dalam penelitian pembuatan porous material berbahan polylactic acid (PLA) dengan variasi kecepatan pencetakan adalah sebagai berikut : 1) Pola poros yang dicetak dengan kecepatan rendah lebih tersusun rapid dan pola poros yang dicetak dengan kecepatan tinggi menyebabkan banyak cacat. 2) Kompsit porous material PLA yang dicetak dengan kecepatan rendah (20m/s) mempunyai nilai kekuatan tarik paling tinggi dibanding dengan komposit porous material yang dicetak dengan kecepatan tinggi (40 m/s dan 50 m/s). 3) Sebaliknya kekuatan luluh dari komposit porous material PLA yang dicetak dengan kecepatan rendah (20 m/s) sangat rendah dibandingkan dengan komposit porous material yang dicetak dengan kecepatan tinggi. 4) Ketahanan impak komposit porous material yang dicetak dengan kecepatan rendah lebih tinggi dibandingkan dengan komposit porous material yang dicetak dengan kecepatan tinggi.
Anggoro, N. T., Nugroho, E., & Asroni,
A. (2021). Analisa alat uji tarik buatan lokal dengan variasi bahan teknik
terhadap kekuatan hasil pengujian. ARMATUR:
Artikel Teknik Mesin & Manufaktur, 2 (1), 47�51. Google Scholar
Handoyo, Y. (2013). Perancangan alat uji
impak metode charpy kapasitas 100 joule. Jurnal
Ilmiah Teknik Mesin Unisma" 45" Bekasi, 1 (2), 97950. Google Scholar
Jeffrey, J., Utama, D. W., &
Soeharsono, G. (2016). Rancang Bangun Kontruksi Dan Sistem Gerak Sumbu Pada
Mesin Fused Deposition Modelling. Poros,
14 (2), 99�106. Google Scholar
Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2003).
Manufacturing processes for engineering
materials, and systems. Material Removal Process: Cutting, 4th Ed.,
Pearson Education, Upper Saddle River, NJ, 452. Google Scholar
Letcher, T., & Waytashek, M. (2014).
Material property testing of 3D-printed specimen in PLA on an entry-level 3D
printer. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition,
46438, V02AT02A014. Google Scholar
Mahamood, S., Khader, M. A., & Ali, H.
(2016). Applications of 3-D printing in
orthodontics: a review. International Journal of Scientific Study, 3 (11), 267�270. Google Scholar
Pramudyo, A. S., & Rachmansyah, A.
(2014). Visualisasi Hasil Mesin Uji Tarik Gotech GT-7010-D2E dalam Bentuk
Grafik Secara Real Time. Jurnal
Nasional Teknik Elektro, 3 (1),
80�88. Google Scholar
Progress, 3D Printing. (2021). A Unique
method of fabricating 3d porous structure. https://www.3dprintingprogress.com/articles/17864/a-unique- method-of-fabricating-3d-porous-structures.
Google Scholar
Putra, K. S., & Sari, U. R. (2018).
Pemanfaatan Teknologi 3D Printing Dalam Proses Desain Produk Gaya Hidup. Seminar Nasional Sistem Informasi Dan
Teknologi Informasi, 917�922. Google Scholar
Ramadhani, H. (2019). Perancangan Prototipe dan Pembuatan Struktur
Rahang Bawah Manusia Pada Mesin Printer 3D. Google Scholar
Ramadholnl, S. (2010). Pembuatan komposit matriks logam berpenguat
keramik (A1/SiC) dicampur kayu dengan metode metalurgi serbuk. Google Scholar
Satankar, R, K. (2017). Investigating the process parameters of 3D
printer extruder of Fused Deposistion Modeling- A review. Journal of Emerging
Technologies and Innovative Research.
Journal of Natural Fibers, 4 (10), 1�9. Google Scholar
Triyono, J., Sukanto, H., Saputra, R. M.,
& Smaradhana, D. F. (2020). The
effect of nozzle hole diameter of 3D printing on porosity and tensile strength
parts using polylactic acid material. Open Engineering, 10 (1), 762�768. Google Scholar
|
Copyright holder: Tegar Aji Saputro, Syahbuddin
(2021) |
|
First publication right: |
|
This article is licensed under:
|
