penentuan parameter optimum dalam perakitan 3d …
TRANSCRIPT
PENENTUAN PARAMETER OPTIMUM DALAM
PERAKITAN 3D PRINTER REPRAP DAN
PEMBUATAN PRODUK
Skripsi
Oleh:
AHMAD TOSIN
NIM. 003201305007
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
PRESIDENT UNIVERSITY
2017
ii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, President University.
Nama : Ahmad Tosin
NIM : 003201305007
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul Penentuan
Parameter Optimum Dalam Perakitan 3D Printer Reprap Dan Pembuatan
Produk, adalah:
1. Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur, hasil kuliah,
survei lapangan, bimbingan, serta jurnal acuan yang tertera dalam referensi
pada tugas akhir ini.
2. Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan tinggi lain,
kecuali bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi pendukung untuk
melengkapi sumber informasi.
3. Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-buku atau
jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas akhir saya.
Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti diatas, maka
tugas akhir saya ini akan dibatalkan.
Cikarang, Mei 2017
Yang membuat pernyataan,
Ahmad Tosin
iii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
PENENTUAN PARAMETER OPTIMUM DALAM
PERAKITAN 3D PRINTER REPRAP DAN
PEMBUATAN PRODUK
Disusun oleh : Ahmad Tosin
NIM : 003201305007
Program Studi : Teknik Mesin
Telah diperiksa dan disetujui untuk diajukan serta dipertahankan dalam ujian
komprehensif guna memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik
President University
Cikarang, Mei 2017
Menyetujui,
Dosen Pembimbing I
(Dr.Eng. Lydia Anggraini, S.T.,
M.Eng.)
Dosen Pembimbing II
(Tetuko Kurniawan, S.T., M.Sc.)
iv
MOTTO
“Sebaik-baik manusia di antaramu adalah
yang paling banyak manfaatnya bagi orang lain”
(HR. Bukhari dan Muslim)
“Jadilah mata air yang jernih
yang memberikan kehidupan kepada sekitarmu”
(Bacharuddin Jusuf Habibie)
v
ABSTRAK
Perkembangan proses additive manufacturing termasuk pencetakan objek tiga-
dimensi dengan 3D Printer semakin pesat. Masih banyak tantangan dalam proses
pembuatan 3D Printer yang membuat akademisi dan pehobi terus melakukan
penelitian terutama masalah kualitas perakitan 3D Printer dan produk yang
dihasilkan. Penelitian telah dilakukan untuk menentukan spesifikasi yang
menghasilkan kualitas produk terbaik melalui pengukuran kesejajaran sistem
rangka-poros dan gap akibat deformasi yang terjadi pada produk. Pengukuran gap
dilakukan dengan cara mencari parameter yang mempengaruhi deformasi produk.
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, eror pengukuran kesejajaran yang
direkomendasikan adalah sebesar 1%, lalu tipe pola pencetakan terbaik adalah
Archimedean Chords dan Concentric dengan temperatur heat bed 50°C. Dan
dengan mengatur parameter thickness layer sebesar 0.10mm dan perimeters speed
pada kecepatan 55mm/s, didapatkan rata-rata eror dimensi terbaik sebesar 1.46%.
Parameter tersebut dapat diaplikasikan pada pengembangan teknologi 3D Printer
lebih lanjut.
Keywords: 3D Printer, temperatur, pola pencetakan, benchmarking.
vi
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah
melimpahkan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
laporan skripsi dengan judul PENENTUAN PARAMETER OPTIMUM
DALAM PERAKITAN 3D PRINTER REPRAP DAN PEMBUATAN
PRODUK tepat pada waktunya. Laporan ini dibuat sebagai syarat untuk
memperoleh gelar sarjana teknik mesin di fakultas teknik President University.
Dalam menyelesaikan laporan ini tidak terlepas dari dukungan banyak pihak,
untuk itu penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr.Ing. Erwin Sitompul, selaku Dekan Fakultas Teknik, President
University.
2. Ibu Dr. Lydia Anggraini, S.T, M.Eng, selaku Kepala Program Studi Teknik
Mesin sekaligus dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran
dan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan laporan ini.
3. Bapak Tetuko Kurniawan, S.T., M.Sc., yang telah memberikan masukan
dalam pembuatan alat serta laporan.
5. Dosen pengajar dan juga staf di lingkungan President University yang telah
membantu dalam proses dan selesainya laporan ini.
6. Orang tua tercinta yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungan
kepada penulis dalam banyak hal, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penulisan laporan ini.
7. Keluarga yang senantiasa menjadi tempat untuk berbagi dalam setiap suka
dan duka.
8. Teman-teman satu angkatan jurusan Teknik Mesin President University, yang
telah memberikan semangat, motivasi dan bantuan dalam menyelesaikan
setiap problem dalam perkuliahan, terutama dalam menyelesaikan laporan
skripsi ini.
vii
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam melakukan kegiatan
penelitian sampai menyelesaikan laporan ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan rahmat dan berkah atas semua
dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis sadar dalam menyusun laporan
ini menemui beberapa kesulitan dan hambatan. Di samping itu juga menyadari
bahwa penulisan laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak
kekurangan-kekurangan lainnya, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik
yang membangun dari semua pihak. Penulis berharap laporan ini dapat
bermanfaat bagi penulis pribadi dan bagi pembaca pada umumnya.
Cikarang, Mei 2017
Penulis :
Ahmad Tosin
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii MOTTO ................................................................................................................ iv
ABSTRAK ............................................................................................................. v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi
BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang................................................................................................. 1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................................................... 3
1.3. Batasan Penelitian ........................................................................................... 3
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3
1.5. Kerangka Penulisan ......................................................................................... 4
BAB 2 STUDI PUSTAKA .................................................................................... 5
2.1. 3D Printer ........................................................................................................ 5
2.1.1. Definisi ................................................................................................. 5
2.1.2. Perangkat Keras Elektronik .................................................................. 6
2.1.3. Prinsip Kerja ......................................................................................... 7
2.1.4. Filament ................................................................................................ 7
2.2. Parameter 3D Printer ....................................................................................... 8
2.2.1. Pola (Pattern) ........................................................................................ 8
2.2.2. Temperatur heat bed & nozzle ........................................................... 10
2.2.3. Thickness Layer.................................................................................. 10
2.2.4. Perimeters Speed ................................................................................ 11
2.3. Produk Benchmarking 3D Printer ................................................................. 11
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 14
3.1 Tahapan Penelitian ........................................................................................ 14
3.2 Spesifikasi Perangkat 3D Printer ................................................................... 16
3.3 Perbaikan Kesejajaran Rangka-Poros............................................................ 16
ix
3.3.1. Rangka Dasar...................................................................................... 16
3.3.2. Rangka Tengah ................................................................................... 17
3.3.3. Poros ................................................................................................... 17
3.4 Standar Pengukuran Paralelisme/Kesejajaran (Parallelism) ......................... 18
3.4.1. Pengukuran Kesejajaran Rangka Dasar .............................................. 20
3.4.2. Pengukuran Kesejajaran Rangka Tengah ........................................... 21
3.4.3. Pengukuran Kesejajaran Poros ........................................................... 22
3.5 Pengaturan Parameter .................................................................................... 24
3.5.1. Pengujian Pengukuran Gap Berdasarkan Variasi Pola ....................... 24
3.5.2. Pengujian Pengukuran Gap Berdasarkan Variasi Temperatur ........... 25
3.6 Pembuatan & Pengukuran Produk Benchmarking ........................................ 26
BAB 4 HASIL PENELITIAN ............................................................................ 28
4.1. Hasil Pengukuran Kesejajaran Rangka dan Poros......................................... 28
4.1.1. Rangka Dasar...................................................................................... 28
4.1.2. Rangka Tengah ................................................................................... 32
4.1.3. Poros ................................................................................................... 33
4.1.4. Grafik Pengukuran Kesejajaran Rangka dan Poros ............................ 34
4.2. Hasil Pengaturan Parameter Pola (Pattern) ................................................... 34
4.3. Hasil Pengaturan Parameter Temperatur Heat Bed ....................................... 37
4.4. Hasil Pembuatan & Pengukuran Produk Benchmarking............................... 40
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 45
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Material properties PLA [12] .................................................................. 8
Tabel 2.2 Parameter pola objek tiga dimensi [13] .................................................. 9
Tabel 2.3 Dimensi produk benchmarking [14] ..................................................... 13
Tabel 2.4 Tujuan bentuk dari produk benchmarking [14] .................................... 13
Tabel 3.1 Spesifikasi 3D Printer ........................................................................... 16
Tabel 3.2 Variasi pola dalam satu grup ................................................................. 25
Tabel 3.3 Komposisi parameter pembuatan produk benchmarking...................... 27
Tabel 4.1 Hasil pengukuran kesejajaran rangka dasar .......................................... 31
Tabel 4.2 Hasil pengukuran kesejajaran rangka tengah ........................................ 32
Tabel 4.3 Hasil pengukuran kesejajaran poros ..................................................... 33
Tabel 4.4 Hasil pengukuran base plate variasi parameter pola ............................. 35
Tabel 4.5 Hasil pengukuran baseplate variasi parameter temperatur heat bed
(temperatur lingkungan: 29°C) ............................................................................. 39
Tabel 4.6 Hasil pengukuran tebal dan tinggi produk benchmarking .................... 40
Tabel 4.7 Hasil pengukuran dalam dan lebar produk benchmarking .................... 41
Tabel 4.8 Persentase rata-rata eror dan estimasi waktu pencetakan produk
benchmarking ........................................................................................................ 41
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Foto (kiri) dan desain (kanan) dari 3D Printer Reprap ........................ 2
Gambar 1.2 Produk 3D Printer yang mengalami deformasi ................................... 3
Gambar 2.1 Diagram alir proses 3D Printing [11] .................................................. 5
Gambar 2.2 Peta elektronik 3D Printer [11] ........................................................... 6
Gambar 2.3 Susunan prinsip kerja 3D Printer ........................................................ 7
Gambar 2.4 Parameter temperatur heat bed .......................................................... 10
Gambar 2.5 Parameter temperatur nozzle ............................................................. 10
Gambar 2.6 Parameter thickness layer .................................................................. 10
Gambar 2.7 Parameter speed................................................................................. 11
Gambar 2.8 Desain dari produk benchmarking proses AM[14] ........................... 12
Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian ........................................................ 15
Gambar 3.2 Proses perakitan rangka diatas meja rata ........................................... 17
Gambar 3.3 Proses pemotongan akrilik ................................................................ 17
Gambar 3.4 Proses drilling diameter 25mm ......................................................... 18
Gambar 3.5 Proses penggabungan bracket stepper motor .................................... 18
Gambar 3.6 Menentukan bidang kesejajaran [15] ................................................ 19
Gambar 3.7 Digimatic Height Gage HDS............................................................. 20
Gambar 3.8 Dial Indikator .................................................................................... 20
Gambar 3.9 Titik pengukuran kesejajaran rangka dasar ....................................... 21
Gambar 3.10 Cara pengukuran kesejajaran rangka dasar ..................................... 21
Gambar 3.11 Titik pengukuran kesejajaran rangka tengah ................................... 22
Gambar 3.12 Cara pengukuran kesejajaran rangka tengah ................................... 22
Gambar 3.13 Titik pengukuran kesejajaran poros ................................................ 23
Gambar 3.14 Cara pengukuran kesejajaran poros sumbu-z (poin C) ................... 23
Gambar 3.15 Cara pengukuran kesejajaran poros berulir (poin D) ...................... 24
Gambar 3.16 Cara pengukuran kesejajaran poros sumbu-x (poinE) .................... 24
Gambar 3.17 Cara pengukuran gap produk baseplate .......................................... 25
Gambar 3.18 Pengujian deformasi produk dengan chamber ................................ 26
xii
Gambar 3.19 Dimensi pengukuran produk benchmarking ................................... 27
Gambar 4.1 Grafik perbandingan rata-rata eror hasil pengukuran kesejajaran
rangka-poros .......................................................................................................... 34
Gambar 4.2 Grafik hasil pengukuran baseplate variasi parameter pola ................ 37
Gambar 4.3 Hasil pengujian produk dengan chamber .......................................... 38
Gambar 4.4 Grafik hasil pengukuran baseplate variasi parameter temperatur heat
bed (temperatur lingkungan: 29°C) ....................................................................... 40
Gambar 4.5 Grafik hasil pengukuran produk benchmarking ................................ 42
Gambar 4.6 Foto produk benchmarking bagian atas ............................................ 42
Gambar 4.7 Foto produk benchmarking bagian samping ..................................... 43
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
ASTM F42 Technical Commite menjelaskan bahwa additive manufacturing (AM)
adalah proses penggabungan bahan untuk membuat objek dari data model tiga-
dimensi (3D), biasanya berlapis-lapis, berlawanan dengan metodologi manufaktur
subtraktif/pengurangan [1]. Dengan menggunakan teknologi AM, model tiga-
dimensi dapat dibuat langsung dengan cara mengendapkan bahan lapis demi lapis
hingga terbentuk objek tiga-dimensi yang dapat digenggam oleh tangan.
Teknologi AM memungkinkan pembuatan objek yang memiliki bagian geometris
kompleks tanpa perlengkapan khusus seperti pada proses
pemindahan/pengurangan material [2]. Proses AM secara signifikan dapat
memperpendek lead-time, menghemat biaya untuk pembuatan satu objek dan
batch kecil dan dapat membuat objek yang tidak mungkin dibuat pada proses
subtraktif [3].
Selama lebih dari 20 tahun terakhir, para peneliti telah mengembangkan proses
AM dan menerapkannya pada bidang kedirgantaraan [4], otomotif [5], biomedis
[6,7] dan bidang lainnya seperti seni digital dan desain arsitektur [2]. Meskipun
saat ini teknologi AM sangat berkembang pesat, namun masih banyak tantangan
yang harus dilewati pada proses AM. Tantangan tersebut yaitu keterbatasan
material yang dapat digunakan pada proses AM, tingkat akurasi objek yang
dihasilkan masih relatif rendah dikarenakan adanya efek stair-stepping [8],
pengulangan dan konsistensi yang masih kurang baik dari objek yang dihasilkan
serta masih terbatasnya standar proses AM. Proses AM dalam perkembangannya
diklasifikasikan menjadi empat besar kategori [2]. Namun dalam studi ini, satu
kategori proses AM yang dilakukan penelitian adalah proses 3D Printer.
RepRap.org adalah sebuah halaman internet tentang komunitas 3D Printer
Project. Reprap.org memberikan kebebasan kepada setiap pengunjung untuk
mengatur dan membuat halaman baru sendiri. RepRap Project telah menjadi
2
pembuat 3D Printers pertama dengan rendah biaya dan komponen pembuatannya
tersedia secara terbuka (open source) di halaman tersebut [9]. Sehingga, siapa pun
dapat mempelajari cara kerja, memperbaiki atau mengembangkan 3D Printer
RepRap.
Berdasarkan sumber informasi komponen pembuatan 3D Printer pada halaman
RepRap.org, penulis bersama tim telah membuat satu unit 3D Printer di
laboratorium teknik President University. Informasi komponen utama telah
ditambahkan ke dalam foto 3D Printer. Foto dari unit 3D Printer dapat dilihat
pada Gambar 1.1 sebelah kiri dan model tiga-dimensi di sebelah kanan.
Gambar 1.1 Foto (kiri) dan desain (kanan) dari 3D Printer Reprap
Dalam perakitan dan pengujian 3D Printer ditemukan sedikit referensi yang
menjelaskan mengenai panduan perakitan dan pengujian 3D Printer. Sehingga
ditemukan masalah pada bagian penggerak saat mencoba menjalankan 3D Printer
untuk pertama kalinya. Bagian penggerak pada sumbu-x membentur heat bed
pada sumbu-y.
Berdasarkan literatur ditemukan juga masalah deformasi produk 3D Printer pada
saat proses printing [10]. Terlihat pada Gambar 1.2 produk 3D Printer yang
mengalami deformasi. Perhatikan tanda panah berwarna kuning pada gambar
tersebut, deformasi terjadi pada setiap bagian tepi produk.
3
Gambar 1.2 Produk 3D Printer yang mengalami deformasi
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, dapat dirumuskan
permasalahan yang ada sebagai berikut:
1. Tidak adanya petunjuk parameter yang harus dilakukan pengecekan ketika
proses perakitan 3D Printer.
2. Terjadinya gap pada produk yang dihasilkan 3D Printer.
1.3. Batasan Penelitian
1. Filament yang digunakan adalah Polylactic Acid (PLA) berdiameter 1.75mm.
2. Pengukuran produk benchmarking menggunakan alat ukur digimatic height
gauge, dial indicator dan digimatic caliper.
3. Pengukuran produk benchmarking hanya digunakan untuk membandingkan
hasil produk 3D Printer.
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penentuan parameter optimum dalam perakitan 3D printer dan
pembuatan produk adalah:
1. Melakukan pengukuran kesejajaran untuk mendapatkan hasil perakitan 3D
Printer yang optimum.
2. Menemukan parameter yang mempengaruhi terjadinya gap pada produk yang
dihasilkan 3D printer untuk menghasilkan produk dengan deformasi
minimum.
4
1.5. Kerangka Penulisan
1) BAB I: Pendahuluan
Dalam bab ini menjelaskan latar belakang masalah, perumusan masalah,
pembatasan masalah, tujuan penelitian, serta sistematika penulisan.
2) BAB II: Studi Pustaka
Pada bab ini berisi pembahasan mengenai prinsip kerja 3D Printer, parameter
yang digunakan dalam studi ini dan pembuatan produk benchmarking.
3) BAB III: Metodologi Penelitian
Pada bab ini menjelaskan mengenai metode, diagram alir dan tahapan yang
dilakukan dalam melakukan penelitian.
4) BAB IV: Hasil Penelitian
Dalam bab ini menjelaskan tentang hasil penelitian dalam penentuan
parameter optimum.
5) BAB V: Kesimpulan dan Saran
Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan yang telah didapat dalam melakukan
penelitian dan juga saran yang diharapkan dapat bermanfaat bagi penelitian
lebih lanjut.
5
BAB 2
STUDI PUSTAKA
2.1. 3D Printer
2.1.1. Definisi
3D Printer adalah mesin yang digunakan untuk 3D Printing. Sementara 3D
Printing adalah pembuatan benda melalui pengendapan material menggunakan
print head, nozzle atau teknologi printer lainnya [1]. Proses pembuatan objek tiga
dimensi dengan 3D Printer dimulai dari gambar tiga dimensi yang telah dibuat di
dalam perangkat lunak komputer menjadi objek aktual tiga dimensi yang dapat
digenggam oleh tangan. Untuk lebih jelas mengenai proses 3D Printing dapat
dilihat pada Gambar 2.1.
3D Model
Scale and Repair Model Good? Model Sliced?
Slicing and Toolpath
Printer Control
Printer Working?Printed Object
NoYes
No
No
Yes
Yes
Gambar 2.1 Diagram alir proses 3D Printing [11]
3D Model yang telah dibuat pada komputer dikonversi menjadi file
stereolithography atau STL. 3D Model harus dilakukan skala hingga mendapatkan
dimensi yang proporsional dengan 3D Printer.
6
Slicing and Toolpath adalah suatu proses 3D Printer dalam pembuatan objek tiga
dimensi dengan cara memasang secara berurutan lapisan dari filament. 3D Model
perlu dilakukan pengirisan hingga menjadi lapisan tersebut dan disimpan ke
dalam bentuk file G-code. File G-code ini yang dapat memberikan perintah
kepada nozzle, sistem penggerak dan sistem ekstrusi lapisan filament.
Printer Control adalah sebuah aplikasi yang dapat membuka aplikasi slicing,
mengatur pergerakan ketiga sumbu 3D Printer, mengatur dan memonitor
temperatur untuk heat bed dan extruder, memulai, menjeda dan membatalkan
perintah printing.
2.1.2. Perangkat Keras Elektronik
Di dalam peta elektronik yang ada pada Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa
perangkat elektronik saling terhubung. Arah dari kontrol komponen ke komponen
selanjutnya terwakili dengan tanda panah. Pusat dari perangkat elektronik adalah
controller mainboard yang terhubung ke setiap komponen 3D Printer.
Gambar 2.2 Peta elektronik 3D Printer [11]
7
2.1.3. Prinsip Kerja
Prinsip kerja 3D Printer mencetak objek tiga dimensi yaitu dengan cara
membangun lapis demi lapis plastik yang dipanaskan sampai sedikit di atas
temperatur leleh di dalam nozzle. Kemudian nozzle mengekstrusi plastik tersebut
sambil bergerak ke arah sumbu x dan sumbu z dengan bantuan stepper motor.
Sementara sumbu-y berada pada kendali stepper motor yang menggerakkan heat
bed. Sistem penggerak mengikuti perintah dari firmware yang telah dipasang pada
motherboard 3D Printer hingga membentuk sebuah objek tiga dimensi yang
sesuai dengan model CAD. Susunan prinsip kerja 3D Printer mulai dari material
PLA, block heater, hingga proses ekstrusi pada nozzle terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Susunan prinsip kerja 3D Printer
2.1.4. Filament
Filament yang digunakan pada studi ini adalah Polylactic Acid (PLA). PLA
merupakan biopolymer plastik yang terbuat dari tepung jagung atau tebu. PLA
termasuk ke dalam material biodegradable yang dapat hancur atau terurai oleh
organisme hidup lainnya [11]. Material properties PLA dapat dilihat pada Tabel
2.1.
8
Tabel 2.1 Material properties PLA [12]
Sifat Fisik Nominal
Specific gravity (23oC) 1.24 to 1.26 g/cm3 Melt mass-Fr
210oC/2.16 kg 60 to 78.0 g/10min
190oC/2.16 kg 1.5 to 36.0 g/10min Diameter tolerance +0.10mm/-0.15mm Ovalidity tolerance (max) ±5%
Sifat Mekanis Nominal
Tensile modulus (23oC) 2020 to 3550 MPa
Tensile strength yield (23oC) 15.5 to 72.0 MPa
Tensile strength break (23oC) 14 to 70MPa
Tensile elongation yield (23oC) 9.8 to 10.0%
Tensile elongation break (23oC) 0.50 to 9.20%
Flexural modulus (23oC) 2392 to 4930 MPa
Flexural strength (23oC) 48 to 110MPa
2.2. Parameter 3D Printer
2.2.1. Pola (Pattern)
Ketika proses printing, nozzle bergerak membentuk suatu pola secara lapis demi
lapis. Pemilihan bentuk pola dapat dilakukan pada software Repetier Host. Nama
dan bentuk pola dapat dilihat pada Tabel 2.2.
9
Tabel 2.2 Parameter pola objek tiga dimensi [13]
No. Nama Pola Tipe Isi Gambar Pola 1 Rectilinear Infill, Top/Bottom
2 Concentric Infill, Top/Bottom
3 Octagram
Spiral Infill, Top/Bottom
4 Archimedean
Chords Infill, Top/Bottom
5 Hilbert
Curve Infill, Top/Bottom
6 Line Infill
7 Honeycomb Infill
8 3D
Honeycomb Infill
10
2.2.2. Temperatur heat bed & nozzle
Temperatur heat bed adalah parameter yang dapat mengatur temperatur pada area
heat bed, sedangkan temperatur nozzle adalah parameter untuk mengatur
temperatur pada nozzle. Gambar 2.4 menunjukkan parameter temperatur heat bed
dan Gambar 2.5 memperlihatkan parameter temperatur nozzle.
Gambar 2.4 Parameter temperatur heat bed
Gambar 2.5 Parameter temperatur nozzle
2.2.3. Thickness Layer
Thickness layer adalah parameter untuk mengatur ketebalan lapisan filament.
Terlihat pada Gambar 2.6 bentuk dari parameter Thickness Layer.
Tebal lapisan filament
Lapisan Filament
Gambar 2.6 Parameter thickness layer
11
2.2.4. Perimeters Speed
Perimeters speed adalah parameter yang dapat mengatur kecepatan stepper motor
saat nozzle bergerak kearah sumbu-x atau sumbu-y. Arah dari pergerakan nozzle
dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Parameter speed
2.3. Produk Benchmarking 3D Printer
Membuat produk benchmarking merupakan aspek yang penting guna
mengevaluasi karakteristik dari berbagai macam proses AM. Produk
benchmarking ini juga dapat mengukur tingkat akurasi dan kemampuan
pengulangan (repeatability) suatu proses AM [14]. Maka, pembuatan dan
pengukuran produk benchmarking dengan 3D Printer dilakukan setelah
memperbaiki masalah deformasi produk. Desain dari produk benchmarking
mencakup semua bentuk yang diperlukan dalam membuat suatu produk, seperti
kubus, lubang silinder, bola, silinder padat, silinder berongga, kerucut dan
permukaan yang miring. Desain dari produk benchmarking dapat dilihat pada
Gambar 2.8.
12
Gambar 2.8 Desain dari produk benchmarking proses AM[14]
Produk benchmarking memiliki bentuk dasar dengan ukuran 270mm x 50mm.
Bentuk dasar dengan panjang 270mm dapat dibagi menjadi tiga bagian dengan
masing-masing panjang 90mm. Setiap panjang 90mm memiliki bentuk, dimensi
dan posisi yang sama. Di dalam Tabel 2.3 menunjukkan jumlah dan dimensi dari
setiap bentuk pada produk benchmarking.
13
Tabel 2.3 Dimensi produk benchmarking [14]
Bentuk Jumlah dan Dimensi (mm)
Base 1(270x50x5) Cube 12(15x15x15)
Cylidrical hole 3(X direction, 3(Y direction), 3(Z direction) all hole with diameter 10mm and depth 15mm
Sphere 3(15mm diameter) Solid cylinder 3(10mm diameter, 12mm height
Hollow cylinder 3(outer diameter 10mm, inner diameter 7mm, height 16mm)
Cone 3(9.65mm base diameter, 18mm height) Angled surfaces 3(30 degrees), 3(60 degrees)
Adanya bentuk dasar (flate base) pada produk benchmarking bertujuan untuk
mengevaluasi kerataan dan kelurusan dari hasil pencetakan 3D Printer. Sama
halnya dengan bentuk kerucut, dibuat dengan tujuan untuk mengevaluasi hasil
pencetakan bidang miring dan lancip. Tujuan dari semua bentuk produk
benchmarking dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Tujuan bentuk dari produk benchmarking [14]
Bentuk Tujuan Flate base Flatness and straightness
Cube Squarencess, parallelism, linear accuracy and repeatability
Cylindrica1 hole
Roundness, cylindricity, accuracy and repeatability of radius (internal)
Sphere Sphereness, relative accuracy and repeatability of a continously changing sloping surface
Solid cylinder Roundness, cylindricity, accuracy and repeatability of radius (external)
Hollow cylinder
Roundness, cylindricity and coaxiality of cylinders
Cone Concity, sloping profile and taper Angled surfaces
Angularity, accuracy and repeatability of angled surfaces
14
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tahapan Penelitian
Untuk mendapatkan hasil perakitan yang optimum, maka setiap rangka dan poros
pada 3D Printer dilakukan proses pengukuran. Jenis pengukuran yang diutamakan
adalah mengukur kesejajaran (parallelism). Pengukuran kesejajaran dilakukan
dengan menggunakan alat ukur Digimatic Height Gage HDS dan Dial Test
Indicator (Mitutoyo, Japan). Diperlukan perbaikan bracket pada rangka dan poros
karena ditemukan nilai ukur terlalu jauh menyimpang dari spesifikasi gambar.
Kemudian dilakukan pengukuran ulang.
Pengujian 3D Printer yang pertama yaitu dengan cara membuat produk baseplate
90x50x2mm. Produk baseplate dibuat dengan variasi parameter pola yang
berbeda-beda. Yaitu berfungsi untuk mendapatkan produk baseplate dengan
deformasi yang lebih kecil. Kemudian dilakukan pengecekan tingkat deformasi
produk dengan cara mengukur gap atau jarak antara permukaan bawah produk
dengan ujung teratas produk yang mengalami deformasi dikurangi tebal aktual
produk.
Pengujian kedua yaitu membuat produk benchmarking dengan variasi parameter
thickness layer dan perimeters speed yang berbeda. Dari perbedaan dua variasi
parameter didapatkan empat buah produk benchmarking. Ke-empat buah produk
tersebut dilakukan pengukuran dimensi utama, seperti; tebal, tinggi, lebar dan
dalam.
Tahapan penelitian dibagi ke dalam tiga bagian utama. Secara berurutan terdiri
dari pengukuran kesejajaran rangka-poros 3D Printer, pengujian deformasi
produk baseplate, serta pembuatan dan pengukuran produk benchmarking.
Gambar 3.1 menunjukkan diagram alir studi ini.
15
Rangka-Poros Sejajar?
Pembuatan Produk Baseplate
Perakitan 3D Printer
Pengukuran Kesejajaran Rangka-Poros
Perbaikan Kesejajaran Rangka-Poros
Tidak
Ya
Model 3D(G-code)
Pengecekan Gap Produk Baseplate
Pengaturan ParameterGap Produk Baseplate Ok?
Tidak
Ya
Pembuatan Produk Benchmarking Dengan
Variasi Parameter
Pengecekan Produk Benchmarking
Kesimpulan
Model 3D(G-code)
(Bagian 1 Perakitan)
(Bagian 2 Pengujian Pertama)
(Bagian 3 Pengujian Kedua)
(Dijelaskan pada sub Bab 3.3)
(Dijelaskan pada sub Bab 3.5)
Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian
16
3.2 Spesifikasi Perangkat 3D Printer
Spesifikasi perangkat 3D Printer yang digunakan dalam studi ini terlihat pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi 3D Printer
Struktur Rangka Aluminium 30mm x 30mm
Print Area (w x d x h) 180mm x 130mm x 170mm
Diameter Nozzle 0.40mm
Filament Plastik PLA (Polylactic Acid)
Diameter Filament 1.75mm
Microcontroller Printrboard MKS
Maksimum Temperatur Nozzle 220°C
Maksimum Temperatur Heatbed 100°C
Firmware Marlin
Memory Card SDHC 4GB
Software 3D Modelling Solidworks 2015
Software Controlling 3D Printer Repetier-Host V1.6.2
Software Slicer Slic3r
3.3 Perbaikan Kesejajaran Rangka-Poros
Proses perbaikan kesejajaran rangka lebih terfokus pada proses perakitan material
aluminium. Namun pada proses perbaikan kesejajaran poros sumbu-z, poros
berulir dan poros sumbu-x dilakukan penggantian semua bracket yang mengunci
ke bagian rangka tengah. Berikut ini metode perbaikan rangka-poros:
3.3.1. Rangka Dasar
Hal yang pertama dalam memperbaiki kesejajaran rangka adalah memastikan
setiap permukaan rangka bersih dari debu yang menempel. Terutama permukaan
yang bersentuhan langsung dengan meja rata. Setiap ujung material aluminium
terdapat burr hasil dari proses pemotongan (Lihat tanda merah pada Gambar 3.2).
Burr tersebut dapat dihaluskan dengan alat kikir halus. Kemudian perakitan
rangka dasar dilakukan diatas permukaan meja rata. Gambar 3.2 memperlihatkan
proses perbaikan kesejajaran rangka aluminium.
17
Gambar 3.2 Proses perakitan rangka diatas meja rata
3.3.2. Rangka Tengah
Cara perbaikan kesejajaran rangka tengah masih sama dengan rangka dasar. Yaitu
dengan menghaluskan burr pada setiap ujung material Aluminium. Kemudian
proses perakitan dilakukan di atas permukaan meja rata untuk rangka tengah
maupun rangka dasar. Dengan tambahan gaya tekan pada setiap bracket
penghubung rangka ketika perakitan akan menghasilkan nilai eror pengukuran
kesejajaran lebih kecil.
3.3.3. Poros
Pembuatan bracket penyangga poros harus menghasilkan dimensi yang sama
antara bracket kanan dan kiri. Untuk itu penulis memilih bahan akrilik dengan
tebal 5mm sebagai bracket poros. Selain memiliki kekuatan yang cukup baik,
akrilik dapat ditekuk 90° tanpa retak. Tahap pertama terlihat pada Gambar 3.3.
a) Memotong akrilik dengan cutter khusus
Gambar 3.3 Proses pemotongan akrilik
18
b) Proses melubangi akrilik dengan diameter 25mm diperlihatkan pada gambar
3.4.
Gambar 3.4 Proses drilling diameter 25mm
c) Cara menggabungkan bracket ketika proses drilling
Gambar 3.5 Proses penggabungan bracket stepper motor
Brakcet stepper motor bagian kiri dan kanan harus memiliki jarak lubang yang
sama. Maka cara yang terbaik adalah dengan menggabungkan kedua bracket dan
tambahkan perekat ketika drilling. Perhatikan Gambar 3.5, kedua permukaan
akrilik yang diberi garis putus-putus harus sejajar. Letakkan di atas meja rata
untuk mendapatkan permukaan rata yang baik.
3.4 Standar Pengukuran Paralelisme/Kesejajaran (Parallelism)
Pengukuran paralelisme atau kesejajaran pada setiap rangkaian rangka dan poros
sangat diperlukan agar mendapatkan konsistensi pergerakan semua stepper motor.
Untuk melakukan pengukuran ini tentukan bidang rangka yang akan dijadikan
19
sebagai datum atau bidang permukaan yang dijadikan sebagai acuan pengukuran.
Bidang rangka harus memiliki permukaan yang rata dan solid. Di dalam Gambar
3.6 diperlihatkan datum A terletak pada bidang datar A dan memiliki toleransi
kesejajaran sebesar 0.12mm.
Gambar 3.6 Menentukan bidang kesejajaran [15]
Bidang yang telah dipilih sebagai datum kemudian diletakkan di atas meja rata.
Pastikan meja rata dalam keadaan bersih dari debu atau cairan. Kemudian
gunakan alat ukur Digimatic Height Gage HDS (Gambar 3.7) dan Dial Test
Indikator (Gambar 3.8) untuk melakukan pengukuran kesejajaran pada rangka dan
poros 3D Printer.
20
Gambar 3.7 Digimatic Height Gage HDS
Gambar 3.8 Dial Indikator
3.4.1. Pengukuran Kesejajaran Rangka Dasar
Titik pengukuran kesejajaran rangka dasar mengikuti Gambar 3.9 sebagai acuan.
Proses mengukur kesejajaran rangka dasar dengan Height Gauge dan Dial
Indikator terlihat pada Gambar 3.10. Dial Indikator dipasangkan dengan unjung
lengan Height Gauge berfungsi agar jarum Dial Indicator memberikan tekanan
yang sama kepada setiap titik pengukuran. Sehingga hasil pengukuran akan lebih
presisi. Sebelum pengukuran rangka dasar dimulai, lakukan pengukuran
permukaan meja rata, pastikan diatur pada titik nol Height Gauge. Dapat
dilakukan juga pengaturan titik nol pada titik A1 kemudian akan didapatkan
selisih pengukuran dari A2-A8.
21
Gambar 3.9 Titik pengukuran kesejajaran rangka dasar
Gambar 3.10 Cara pengukuran kesejajaran rangka dasar
3.4.2. Pengukuran Kesejajaran Rangka Tengah
Titik pengukuran kesejajaran rangka tengah mengikuti Gambar 3.11 sebagai
acuan. Proses mengukur kesejajaran rangka dasar dengan Height Gauge terlihat
pada Gambar 3.12. Teknik pengukuran rangka tengah yaitu dengan cara mengatur
permukaan meja rata sebagai titik nol Height Gauge, kemudian putar roller
Height Gauge sampai jarum Dial Indikator menyentuh permukaan atas rangka
tengah dengan jarak tekan yang sama (terlihat pada jarum Dial Indikator)
22
Gambar 3.11 Titik pengukuran kesejajaran rangka tengah
Gambar 3.12 Cara pengukuran kesejajaran rangka tengah
3.4.3. Pengukuran Kesejajaran Poros
Titik pengukuran kesejajaran poros mengikuti Gambar 3.13 sebagai acuan. Proses
mengukur kesejajaran poros dengan Height Gauge terlihat pada Gambar 3.14
untuk poros sumbu-z, Gambar 3.15 untuk poros berulir dan Gambar 3.16 untuk
poros sumbu-x. Perbedaan teknik pengukuran pada poros dengan rangka,
permukaan tertinggi pada poros sebagai permukaan yang diukur.
23
Gambar 3.13 Titik pengukuran kesejajaran poros
Gambar 3.14 Cara pengukuran kesejajaran poros sumbu-z (poin C)
24
Gambar 3.15 Cara pengukuran kesejajaran poros berulir (poin D)
Gambar 3.16 Cara pengukuran kesejajaran poros sumbu-x (poinE)
3.5 Pengaturan Parameter
3.5.1. Pengujian Pengukuran Gap Berdasarkan Variasi Pola
Dalam pengaturan parameter pola, dilakukan penggabungan dua tipe pola ke
dalam satu grup. Tipe pola atas/ bawah merupakan pola pencetakan pada lapisan
paling bawah dan atas. Sementara tipe pola isi adalah pola pencetakan pada
bagian dalam objek tiga-dimensi. Grup variasi pola dapat dilihat pada Tabel 3.2.
25
Tabel 3.2 Variasi pola dalam satu grup
Grup Pola Tipe Pola Atas/Bawah Tipe Pola Isi
A Rectilinear Rectilinear B Archimedean Chords Archimedean Chords C Archimedean Chords Honeycomb D Archimedean Chords Rectilinear E Archimedean Chords Concentric
Gambar 3.17 Cara pengukuran gap produk baseplate
Pada Gambar 3.17 terlihat proses pengukuran gap pada produk baseplate. Jarum
Dial Indikator dipastikan menyentuh permukaan produk paling atas. Nilai gap
dicari dengan persamaan 3.1.
ℎ = ℎ𝑔 − 𝑡… … … … … … … … (3.1)
Dimana: h: Gap atau jarak dari meja rata ke ujung paling bawah produk (mm)
hg: Jarak dari meja rata ke ujung paling atas produk (mm)
t: Tebal produk 2.2mm
3.5.2. Pengujian Pengukuran Gap Berdasarkan Variasi Temperatur
Proses pengujian temperatur dengan bantuan chamber dapat dilihat pada Gambar
3.18. Temperatur chamber diatur pada temperatur 47°C dan temperatur heat bed
26
80°C. Di dalam chamber dilakukan pengukuran temperatur pada dua titik, yaitu
bagian atas dan bawah chamber.
Pengujian temperatur kedua dilakukan tanpa chamber atau dengan temperatur
ruangan 27-29°C. Parameter temperatur heat bed yang dilakukan perubahan nilai
pada saat proses slicing. Urutan variasi yang dilakukan pengukuran adalah 34°C,
50°C, 80°C dan 89°C.
Gambar 3.18 Pengujian deformasi produk dengan chamber
3.6 Pembuatan & Pengukuran Produk Benchmarking
Produk benchmarking dibuat dengan pengaturan parameter berbeda. Dua
parameter yang dilakukan perubahan komposisi, yaitu parameter thickness layer
dan perimeters speed. Komposisi parameter pembuatan produk benchmarking
dapat dilihat pada Tabel 3.3.
27
Tabel 3.3 Komposisi parameter pembuatan produk benchmarking
Perimeters Speed Thickness Layer
0.1mm 0.15mm
30mm/s R0510-x3 R0511-x1
55mm/s R0510-x2 R0508-x6
Titik pengukuran produk benchmarking dapat dilihat pada Gambar 3.19.
Pengukuran pada dimensi t dan h menggunakan alat ukur Digimatic Height Gauge
dengan teknik yang sama dengan pengukuran rangka tengah. Sementara
pengukuran dimensi d dan w menggunakan Digimatic Caliper.
Gambar 3.19 Dimensi pengukuran produk benchmarking
Dimana:
t: thick atau tebal (mm)
h: height atau tinggi (mm)
w: width atau lebar (mm)
d: depth atau dalam (mm)
28
BAB 4
HASIL PENELITIAN
4.1. Hasil Pengukuran Kesejajaran Rangka dan Poros
4.1.1. Rangka Dasar
Tabel 4.1 menunjukkan persentase eror dari hasil pengukuran rangka dasar
sebelum dan setelah proses perbaikan kesejajaran rangka dasar. Hasil pengukuran
setelah perbaikan kesejajaran memiliki rata-rata persentase eror lebih kecil dari
hasil pengukuran sebelum perbaikan. Sebagai contoh, pada titik pengukuran A5,
saat pengukuran sebelum proses perbaikan memiliki persentase eror 2.27%,
sedangkan setelah proses perbaikan persentase eror menurun menjadi 0.33%.
Sangat jelas, proses perbaikan kesejajaran rangka dasar telah meningkatkan
kualitas perakitan 3D Printer. Perbaikan kesejajaran rangka dasar yang dilakukan
diatas meja rata menghasilkan persentase eror lebih kecil.
31
Tabel 4.1 Hasil pengukuran kesejajaran rangka dasar
No. Bagian Referensi Titik Spesifikasi
Gambar (mm)
Hasil Pengukuran Sebelum Perbaikan
Hasil Pengukuran Setelah Perbaikan
Selisih Nominal Eror (%) Selisih Nominal Eror (%) 1 Rangka
Dasar Datum A A1 30.00 - 30.00 0.00% - 30.00 0.00%
A2 30.00 0.17 30.17 -0.57% 0.02 30.02 -0.07%
A3 30.00 0.31 30.31 -1.03% 0.09 30.09 -0.30%
A4 30.00 0.32 30.32 -1.07% 0.10 30.10 -0.33%
A5 30.00 0.68 30.68 -2.27% 0.10 30.10 -0.33%
A6 30.00 0.26 30.26 -0.87% 0.02 30.02 -0.07%
A7 30.00 0.32 30.32 -1.07% - 30.00 0.00%
A8 30.00 0.31 30.31 -1.03% - 30.00 0.00%
Rata-rata -0.99% Rata-rata -0.14%
32
4.1.2. Rangka Tengah
Perbedaan dari hasil pengukuran sebelum dan sesudah perbaikan kesejajaran rangka tengah dapat dilihat Tabel 4.2. Hasil pengukuran sebelum
perbaikan pada titik B4 memiliki persentase eror sebesar 3.33%, sedangkan persentase eror setelah perbaikan menjadi 0.33%. Perbedaan
persentase eror dari pengukuran rangka tengah menunjukkan bahwa rangka tengah memiliki tingkat kesejajaran yang lebih baik dari perakitan
pertama.
Tabel 4.2 Hasil pengukuran kesejajaran rangka tengah
No. Bagian Referensi Titik Spesifikasi Gambar (mm)
Hasil Pengukuran Sebelum Perbaikan Hasil Pengukuran Setelah Perbaikan Selisih Nominal Eror (%) Selisih Nominal Eror (%)
1 Rangka Tengah
Datum B B1 30.00 30.43 30.43 -1.43% 30.01 30.01 -0.03%
B2 30.00 30.04 30.04 -0.13% 30.00 30.00 0.00%
B3 30.00 30.58 30.58 -1.93% 30.11 30.11 -0.37%
B4 30.00 31.00 31.00 -3.33% 30.10 30.10 -0.33%
B5 30.00 30.06 30.06 -0.20% 30.07 30.07 -0.23%
B6 30.00 30.05 30.05 -0.17% 30.06 30.06 -0.20%
Rata-rata -1.20% Rata-rata -0.19%
33
4.1.3. Poros
Hasil pengukuran kesejajaran pada bagian poros dapat dilihat pada Tabel 4.3. Hasil pengukuran setelah perbaikan kesejajaran secara signifikan
menunjukkan penurunan tingkat persentase eror. Perhatikan titik pengukuran C3, persentase eror sebelum perbaikan diketahui sebesar 14%,
namun setelah perbaikan kesejajaran persentase eror menurun menjadi 0.46%.
Tabel 4.3 Hasil pengukuran kesejajaran poros
No. Bagian Referensi Titik
Hasil Pengukuran Sebelum Perbaikan Hasil Pengukuran Setelah Perbaikan Spesifikasi
Gambar (mm)
Selisih Nominal Eror (%)
Rata-rata (%)
Spesifikasi Gambar (mm)
Selisih Nominal Eror (%)
Rata-rata (%)
1 Poros sumbu-z
Datum B C1 60.63 64.37 64.37 -6.17
-10.12
71.50 71.51 71.51 -0.02
-0.38 C2 60.63 67.73 67.73 -11.71 71.50 71.60 71.60 -0.16
C3 60.63 69.12 69.12 -14.00 71.50 71.78 71.78 -0.46
C4 60.63 65.84 65.84 -8.59 71.50 72.02 72.02 -0.86
2 Poros berulir
Datum B D1 60.63 62.30 62.30 -2.75
-9.33
71.50 70.89 70.89 1.01
0.06 D2 60.63 67.59 67.59 -11.48 71.50 71.30 71.30 0.33
D3 60.63 68.40 68.40 -12.82 71.50 71.64 71.64 -0.23
D4 60.63 66.85 66.85 -10.26 71.50 72.02 72.02 -0.86
3 Poros sumbu-x
Datum B E1 46.63 51.98 51.98 -11.47
-13.61
57.50 57.10 57.10 0.86
0.20 E2 46.63 53.45 53.45 -14.63 57.50 57.56 57.56 -0.13
E3 46.63 53.02 53.02 -13.70 57.50 57.39 57.39 0.24
E4 46.63 53.46 53.46 -14.65 57.50 57.57 57.57 -0.15
34
4.1.4. Grafik Pengukuran Kesejajaran Rangka dan Poros
Hasil pengukuran kesejajaran mulai dari proses pengukuran sebelum hingga
setelah perbaikan teringkas pada Gambar 4.1. Persentase eror pada hasil
pengukuran setelah perbaikan menurun drastis dari hasil pengukuran sebelum
perbaikan. Persentase rata-rata eror tertinggi terdapat pada sumbu-x, persentase
rata-rata eror ketika sebelum perbaikan sebesar 13.61% sedangkan persentase
rata-rata eror setelah perbaikan menurun menjadi sebesar 0.20%. Proses perbaikan
bracket poros dengan teknik yang telah dijelaskan pada bab 3 telah berhasil
menurunkan persentase rata-rata eror pada sistem poros.
Gambar 4.1 Grafik perbandingan rata-rata eror hasil pengukuran kesejajaran rangka-poros
4.2. Hasil Pengaturan Parameter Pola (Pattern)
Tabel 4.4 menunjukkan hasil pencetakan produk base plate dengan variasi
parameter pola. Penggabungan antara pola Archimedean Chords dengan
Concentric di dalam grup pola E memiliki tingkat deformasi produk sebesar
0.46mm. Dari hasil perbandingan dengan grup A-E didapat grup pola E memiliki
grup pola terbaik. Sehingga grup E dapat digunakan sebagai acuan untuk
pencetakan produk lebih lanjut.
0.99 1.20
10.12 9.33
13.61
0.14 0.19 0.38 0.06 0.20 -
2
4
6
8
10
12
14
16
Rangka dasar Rangka tengah Poros sumbu-z Poros berulir Poros sumbu-x
Rata
-rat
a Er
or (%
)
G R A F I K K E S E JA JA R A N R A N G K A - P O R O S
Sebelum Perbaikan Setelah Perbaikan
35
Tabel 4.4 Hasil pengukuran base plate variasi parameter pola
Grup Pola Tipe Pola Atas/Bawah Tipe Pola Isi Gambar h (mm)
A Rectilinear Rectilinear
5.25
B Archimedean Chords
Archimedean Chords
0.89
C Archimedean Chords Honeycomb
2.27
36
Grup Pola Tipe Pola Atas/Bawah Tipe Pola Isi Gambar h (mm)
D Archimedean Chords Rectilinear
1.90
E Archimedean Chords Concentric
0.46
37
Gambar 4.2 memperlihatkan perbandingan tingkat deformasi yang dihasilkan dari
ke lima grup pola pencetakan. Parameter pola pencetakan mempengaruhi kualitas
produk. Sebagai contoh, grup pola E menghasilkan produk dengan tinggi gap
lebih rendah akibat terjadinya deformasi.
Gambar 4.2 Grafik hasil pengukuran baseplate variasi parameter pola
4.3. Hasil Pengaturan Parameter Temperatur Heat Bed
Gambar 4.3 menunjukkan produk yang mengalami deformasi ketika 3D Printer
dimasukkan ke dalam sebuah chamber dengan temperatur 47°C. Dengan bantuan
garis putus-putus, deformasi produk terlihat pada setiap tepi produk. Hal ini
menunjukkan bahwa dengan dimasukkannya 3D Printer ke dalam sebuah
chamber, secara signifikan tidak menghasilkan deformasi yang lebih baik pada
material PLA.
0.0
1.5
3.0
4.5
6.0
A B C D E
h (m
m)
Grup Pola
38
Gambar 4.3 Hasil pengujian produk dengan chamber
Tabel 4.5 menunjukkan hasil pencetakan produk base plate dengan variasi
parameter temperatur heat bed. Proses pencetakan produk dengan variasi
temperatur heat bed secara signifikan sangat mempengaruhi tinggi gap produk
yang terjadi akibat deformasi. Perhatikan gambar produk dengan temperatur heat
bed sebesar 50°C, bentuk produk tidak melengkung melainkan sejajar dengan
garis putus-putus. Tinggi gap yang telah dilakukan pengukuran pada produk
tersebut diketahui sebesar 0.04mm atau hampir tidak ada gap.
39
Tabel 4.5 Hasil pengukuran baseplate variasi parameter temperatur heat bed (temperatur lingkungan: 29°C)
Temperatur Heat Bed (°C) Gambar h (mm)
34
2.77
50
0.04
80
0.43
89
1.23
Gambar 4.4 menunjukkan perbandingan hasil pengukuran tinggi gap produk
dengan variasi parameter temperatur heat bed. Temperatur heat bed yang
menghasilkan tinggi gap produk terendah berada pada temperatur 50°C.
Sementara temperatur heat bed yang menghasilkan tinggi gap produk tertinggi
berada pada temperatur 34°C dengan ketinggian gap sebesar 2.77mm.
40
Gambar 4.4 Grafik hasil pengukuran baseplate variasi parameter temperatur heat bed (temperatur lingkungan: 29°C)
4.4. Hasil Pembuatan & Pengukuran Produk Benchmarking
Hasil pengukuran dimensi tebal dan tinggi produk benchmarking tertulis pada
Tabel 4.6. Sample yang bernomor R0508-x6 memiliki tingkat eror tertinggi.
Persentase erornya yaitu: 9.80% untuk tebal dan 2.75% untuk tinggi.
Tabel 4.6 Hasil pengukuran tebal dan tinggi produk benchmarking
Nomor Sample
t h Spek. (mm)
Hasil (mm) Eror (%) Spek.
(mm) Hasil (mm) Eror (%)
R0510-x3 5 5.16 -3.20 20 20.11 -0.55
R0510-x2 5 5.09 -1.80 20 20.11 -0.55
R0511-x1 5 5.34 -6.80 20 20.35 -1.75
R0508-x6 5 5.49 -9.80 20 20.55 -2.75
Tabel 4.7 menunjukkan hasil pengukuran dalam dan lebar dari produk
benchmarking. R0510-x2 adalah nomor sample yang memiliki tingkat eror pada
titik d lebih baik dari ketiga sample lain. Persentase eror dari sample bernomor
R0510-x2 adalah 2.16% untuk dalam. Sedangkan persentase eror terendah pada
titik w dimiliki oleh sample R0510x3 sebesar 1.67%.
0
1
2
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
h (m
m)
Temperatur (°C)
Parameter Temperatur Heat Bed
41
Tabel 4.7 Hasil pengukuran dalam dan lebar produk benchmarking
Nomor Sample
d w Spek. (mm)
Hasil (mm) Eror (%) Spek.
(mm) Hasil (mm) Eror (%)
R0510-x3 50 51.20 -2.40 90 91.50 -1.67
R0510-x2 50 50.83 -1.66 90 91.64 -1.82
R0511-x1 50 51.08 -2.16 90 91.58 -1.76
R0508-x6 50 51.03 -2.06 90 91.68 -1.87 Persentase rata-rata dari hasil pengukuran produk benchmarking dan waktu
pencetakan telah diringkaskan pada Tabel 4.8. Estimasi pencetakan tercepat
dimiliki oleh sample bernomor R0508-x6 dengan komposisi thickness layer
sebesar 0.15mm dan perimeters speed sebesar 55mm/s. Namun, sample bernomor
R0508-x6 memiliki persentase eror hasil pengukuran dimensi cukup tinggi, yaitu
4.12%.
Tabel 4.8 Persentase rata-rata eror dan estimasi waktu pencetakan produk benchmarking
Nomor Sample
Persentase Eror (%) Estimasi waktu pencetakan
(jam:menit:detik) t h d w Rata-rata
R0510-x3 -3.20 -0.55 -2.40 -1.67 -1.95 4:55:05
R0510-x2 -1.80 -0.55 -1.66 -1.82 -1.46 4:14:53
R0511-x1 -6.80 -1.75 -2.16 -1.76 -3.12 3:34:39
R0508-x6 -9.80 -2.75 -2.06 -1.87 -4.12 3:07:48
Gambar 4.5 memperlihatkan grafik hasil pengukuran produk benchmarking.
Dapat dilihat pada grafik, setiap sample dengan parameter thickness layer dan
perimeters speed memiliki persentase eror yang berbeda. Sample dengan nomor
R0510-x2 memiliki persentase eror paling rendah dari tiga sample lainnya.
42
Gambar 4.5 Grafik hasil pengukuran produk benchmarking
Gambar 4.6 memperlihatkan foto produk benchmarking bagian atas dan Gambar
4.7 bagian samping bawah. Secara visual, sample bernomor R0511-x1 dan
R0508-x6 memiliki permukaan base plate lebih rapat dibandingkan dua sample
sebelah kiri. Sementara bentuk di atas permukaan base plate seperti kubus,
kerucut dan lainnya secara visual tidak ada perbedaan yang signifikan.
Gambar 4.6 Foto produk benchmarking bagian atas
-5
-4
-3
-2
-1
0R0510-x3 R0510-x2 R0511-x1 R0508-x6
Pers
enta
se E
ror (
%)
Pengukuran Produk Benchmarking
43
Gambar 4.7 Foto produk benchmarking bagian samping
44
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
3D Printer RepRap dapat membuat objek tiga-dimensi dengan tingkat eror
dimensi rendah yang ditentukan oleh parameter ketebalan lapisan, pola
pencetakan, temperatur, kecepatan sistem penggerak serta tingkat kesejajaran
sistem rangka dan poros. Dari hasil penelitian, untuk mendapatkan kualitas
perakitan 3D Printer yang baik, direkomendasikan memiliki persentase rata-rata
eror kesejajaran sistem rangka dan poros sebesar 1%. Setelah dilakukan
perbandingan, parameter pola pencetakan Archimedean Chords pada top/bottom
infill pattern dan Concentric pada infill pattern menunjukkan pola pencetakan
terbaik. Pada parameter temperatur, temperatur heat bed sebesar 50°C merupakan
temperatur yang baik agar terhindar dari masalah deformasi. Secara signifikan,
tingkat eror dimensi produk ditentukan juga oleh parameter thickness layer dan
perimeters speed, dengan mengatur parameter thickness layer sebesar 0.10mm
dan perimeters speed pada kecepatan 55mm/s didapatkan rata-rata eror dimensi
terbaik sebesar 1.46%.
Penelitian ini hanya menggunakan material filament Polylactic Acid (PLA)
dengan diameter 1.75mm dan sistem extruder menggunakan nozzle dengan
diameter 0.40mm. Penelitian selanjutnya dapat dikembangkan dengan cara
mengubah parameter lain pada software ataupun dapat mengubah spesifikasi
hardware seperti jenis filament untuk mendapatkan produk 3D Printer dengan
eror dimensi lebih baik lagi. Dengan banyaknya penetapan parameter optimum,
perkembangan 3D Printer di Indonesia diharapkan dapat membantu masyarakat
dalam berbagai bidang seperti pembuatan alat bantu kesehatan, purwa rupa mobil
masa depan dan tidak terbatas pada ide kreatif lainnya.
45
DAFTAR PUSTAKA
[1] ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing
Technologies 1,2
[2] Guo, N., & Leu, M. C. (2013). Additive manufacturing: technology,
applications and research needs. Frontiers of Mechanical Engineering, 8(3),
215–243. https://doi.org/10.1007/s11465-013-0248-8
[3] Waterman, N. A., & Dickens, P. (1994). Rapid Product Development in the
USA, Europe and Japan. World Class Design to Manufacture, 1(3), 27–
36. https://doi.org/10.1108/09642369210056629
[4] Thomas, C. L., Gaffney, T. M., Kaza, S., & Lee, C. H. (1996). Rapid
prototyping of large scale aerospace structures. 1996 IEEE Aerospace
Applications Conference. Proceedings, 4, 219–
230. https://doi.org/10.1109/AERO.1996.499663
[5] Song, Y., Yan, Y., Zhang, R., Xu, D., & Wang, F. (2002). Manufacture of
the die of an automobile deck part based on rapid prototyping and rapid
tooling technology. Journal of Materials Processing Technology, 120(1–3),
237–242. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)01165-7
[6] Giannatsis, J., & Dedoussis, V. (2009). Additive fabrication technologies
applied to medicine and health care: A review. International Journal of
Advanced Manufacturing Technology, 40(1–2), 116–
127. https://doi.org/10.1007/s00170-007-1308-1
[7] Sachlos, E., & Czernuszka, J. T. (2003). Making tissue engineering scaffolds
work. Review: the application of solid freeform fabrication technology to
the production of tissue engineering scaffolds. European Cells & Materials,
5, 29–40. https://doi.org/10.22203/eCM.v005a03
46
[8] Onuh, S. O., & Yusuf, Y. Y. (1999). Rapid Prototyping Technology:
Applications an Benefits for Rapid Product Development. Journal for
Intelligent Manufacturing, 10, 301–
311. https://doi.org/10.1023/A:1008956126775
[9] http://reprap.org/
[10] Choi, Y.-H., Kim, C.-M., Jeong, H.-S., & Youn, J.-H. (2016). Influence of
Bed Temperature on Heat Shrinkage Shape Error in FDM Additive
Manufacturing of the ABS-Engineering Plastic. World Journal of
Engineering and Technology, 4(3), 186–
192. https://doi.org/10.4236/wjet.2016.43D022
[11] Evans, Brian. (2012). Practical 3-D Printers - The Science and Art of 3D
Printing. 3-D Printers for Libraries, 50(5), 23–31.
[12] Lanzotti, A., Maria, D., Giudice, D., Lepore, A., & Staiano, G. (2015). On
the Geometric Accuracy of RepRap Open-Source Three- Dimensional
Printer, 137(October), 1–8. https://doi.org/10.1115/1.4031298
[13] https://www.repetier.com/
[14] Fahad, M., & Hopkinson, N. (2012). A new benchmarking part for
evaluating the accuracy and repeatability of Additive Manufacturing (AM)
processes. 2nd International Conference on Mechanical, Production, and
Automobile Engineering, 234–238. Retrieved
from http://psrcentre.org/images/extraimages/412635.pdf
[15] ASME Y14.5-2009, Dimensioning and Tolerancing