Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
1
Perjanjian No: __________________
EKSPLORASI KEMAMPUAN DAN KAPASITAS MESIN 3D
PRINTING DALAM PENGEMBANGAN MODUL RAKITAN DAN
KOMPONEN UJI
Disusun Oleh:
Dr. Bagus Arthaya, Ir., M.Eng
Hanky Fransiscus, ST., MT.
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Universitas Katolik Parahyangan
(2015)
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ..................................................................... 2
ABSTRAK ..................................................................... 3
BAB I. PENDAHULUAN
.....................................................................
4
1.1 Latar Belakang Permasalahan
1.2 Tujuan Penelitian
1.3 Urgensi Penelitian
1.4 Inovasi dan Target yang
Diharapkan
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
4
6
7
7
BAB II. STUDI PUSTAKA ..................................................................... 9
2.1 Reverse Engineering
2.2 Perkembangan Teknologi
Additive Manufacturing Saat ini
2.3 Methodologi untuk
Mengevaluasi Performansi dari
Sistem RP
2.4 Teknologi Fused Deposition
Modeling (FDM)
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
9
12
14
BAB III. METODE PENELITIAN ..................................................................... 19
BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN ..................................................................... 21
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
2.1 Teknik Perakitan Antara Dua
Bidang Sejajar
2.2 Teknik Perakitan Antara Dua
Bidang Tegak Lurus
2.3 Teknik Perakitan Antara Tiga
Bidang Tegak Lurus
2.4 Pengujian Kekuatan Tarik
Struktur Honey-Comb
2.5 Pengujian Kekuatan Tarik
Struktur Honey-Comb
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
.....................................................................
..................................................................... .....................................................................
..................................................................... .....................................................................
..................................................................... .....................................................................
.....................................................................
22
22
24
26
28
30
34
35
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
3
ABSTRAK
Eksplorasi unjuk kerja/kemampuan dan kapasitas mesin 3D Printing Da Vinci merupakan penelitian monodisiplin yang dilakukan di Laboratorium Otomasi Sistem Produksi Jurusan TI Unpar. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja mesin tersebut dan mengetahui kapasitas/volume kerja mesin mesin tersebut terkait dengan peran mesin 3D printing untuk membuat produk yang melebihi kapasitas mesn, tingkat kerapatan printing dan bentuk struktur isian benda serta kekuatan mekanik produk printing yang dapat dihasilkan oleh mesin tersebut. Ketersediaan informasi ini akan sangat membantu penelitian lainnya pada tahapan penggunaan mesin Printing 3-D untuk membuat produk khusus yang memerlukan spesifikasi teknis tertentu. Target khusus yang diharapkan dari penelitian ini adalah kemampuan mesin untuk membuat fitur-fitur khusus bagi teknk perakitan pada saat konsep pembuatan produk secara modular harus dilakukan, pengetahuan tentang kekuatan mekanis produk hasil printing serta adanya suatu kelengkapan data teknis yang dapat digunakan sebagai rujukan pada saat melakukan pembuatan produk menggunakan mesin tersebut (ataupun mesin sejenis). Kepastian tentang kapasitas dan ketelitian mesin ini sangat dibutuhkan pada saat seseorang akan membuat produk dengan kriteria yang relatif kompleks. Penelitian ini dilakukan dengan mempelajari dengan seksama kemampuan dasar yang dimiliki oleh mesin, terkait dengan pembuatan dinding produk, kerapatan benda, ketebalan printing, bentuk struktur dalam sebagai pengisi benda dan lain-lain. Disamping itu, diuji pula batasan-batasan yang dimiliki mesin terkait dengan ketebalan minimum yang boleh dipilih untuk suatu luas penampang benda. Selanjutnya pola-pola sambungan untuk 2 benda rakitan ditelaah dan dilakukan proses pembuatannya. Sebagai kompenen uji tunggal, benda hasil printing juga diuji kekuatan mekanisnya, atara lain kekuatan tarik dan kekuatan tekan untuk bentuk strukur dalam berupa honey-comb. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengubah nilai densitas struktur dalam suatu penampang tertentu serta perubahan bentuk struktur berubah heirarchical.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
4
BAB I. PENDAHULUAN
Pembuatan produk secara cepat dari suatu model CAD merupakan tuntutan yang sangat penting
mengingat kecenderungan proses pembuatan produk harus dapat dilakukan dengan waktu yang
lebih pendek. Pembuatan produk secara cepat ini sering disebut dengan istilah “Rapid Prototyping”
(RP) dimana suatu representasi produk atau sistem dapat dibuat dengan cepat dari suatu model CAD
yang ada sebelum produk atau sistem tersebut dilepas ke pasar atau dikomersialisasikan.
Pembuatan produk dengan cara ini tidak memerlukan perencanaan proses seperti pada umumnya
proses pembuatan produk, tetapi hanya berdasarkan informasi model 3D dari suatu produk saja.
Seperti dijelaskan sebelumnya, model RP utamanya digunakan sebagai alat visualisasi (untuk tujuan
pembuatan perkakas, rekayasa model, dan pendukung proposal proyek). Dengan adanya material
yang bersifat tahan lama dan mudah dimanufaktur secara cepat, maka area penggunaan teknik ini
semakin meluas secara signifikan. Banyak perusahaan yang mulai memanfaatkan teknik ini untuk
membuat perkakas secara cepat. Kualitas model RP (dari segi ketahanan, akurasi, kemampuan
dibuat ulang) yang ada akhir-akhir ini menyebabkan hal ini sangat disukai oleh pengguna. Gambar 1
menunjukkan bidang (area) penerapan RP yang sangat luas, dimana sebanyak 33,9% digunakan
untuk urusan penerapan suaian dan penerapan fungsional produk. Lebih dari 25% digunakan untuk
sebagai pola untuk perkakas prototipe dan pengecoran logam. Sekitar 6,6% digunakan untuk tujuan
pembuatan produk secara langsung [Raja, 2005].
Gambar 1. Penerapan Model RP di Berbagai Area Aplikasi
Dalam aplikasi tertentu, sangat diperlukan adanya visualisasi dari pada produk model 3D yang masih
berupa data digital dalam bentuk nyata 3 dimensi. Untuk membuat produk nyata dengan cara
konvensional aka membutuhkan persiapan yang tidak mudah, waktu yang lama serta biaya yang
besar terutama bila ingin membuat hanya sejumlah kecil produk. Gambar 2 menyajikan hubungan
antara biaya pembuatan produk per part dari 4 teknik pembuatan produk yang berbeda terhadap
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
5
volume produksi yang diinginkan.
Gambar 2. Biaya Pembuatan Produk per Part Terhadap Jumlah Produksi
Gambar ini menujukkan bagaimana kestabilan biaya pembuatan produk dengan RP dibandingkan
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
6
dengan injection moulding, dimana biaya rendah atau mendekati teknik RP hanya didapat pada
volume produksi yang sangat tinggi [Raja, 2005].
Fenomena inilah membuat mengapa teknologi RP semakin digunakan secara luas oleh industri
rekayasa atau jasa untuk membantu kelancaran usahanya dalam presentasi produk sebelum produk
ini di lempar ke pasar atau dikomersialisasikan. Suatu organisasi/perusahaan perlu memiliki
pengetahuan yang baik bila ingin ikut memanfaatkan keunggulan yang dimiliki oleh teknik RP dalam
rangka meningkatkan daya saing organisasi/perusahaan ataupun dalam rangka meningkatkan
keuntungan usahanya.
Saat ini belum banyak perusahaan/industri yang dengan fasih memanfaatkan keunggulan teknik RP
ini untuk menjawab permasalahan yang dimiliki khususnya terkait dengan visialisasi produk pada
tahap perancangan. Model konsep untuk mengevaluasi bentuk atau ukuran benda ataupun model
fungsional untuk mengevaluasi prilaku mekanikal produk merupakan keunggulan lain yang juga
masih jauh dari pemafaatan langsung.
Salah satu teknik yang banyak digunakan untuk menerapkan RP adalah 3D printing mengunakan
metoda FDM (Fused Deposition Modeling). Saat ini laboratorium Otomasi di Jurusan TI Unpar telah
memiliki 2 unit mesin 3D printing yang dapat bekerja menggunakan material ABS ataupun PLA.
Penguasaan teknologi 3D printing untuk mendukung proses perancangan produk merupakan suatu
tantangan yang harus dihadapi oleh peniliti di laboratorium ini.
Mesin 3D Printing berasis DFM ini mampu membuat produk dengan ketelitian minimum 0,2mm
sehingga dalam pembuatan model produk berupa prototipe sudah cukup memadai. Dalam kasus
tertentu prototipe yang harus dibuat ternyata melebihi ukuran kapasitas maksimum yang mampu
dihasilkan oleh mesin printing. Untuk tujuan itu, maka inovasi diperlukan untuk memberikan solusi
bagi permasalahan di atas. Salah satu solusi yang logis adalah membagi produk prototipe menjadi
komponen-komponen yang bersifat modular, dan pada akhirnya nanti dapat dirakit menjadi satu
benda utuh denga ukuran yang melebihi kapasitas printing mesin.
Hal lain yang menjadi latar belakang penelitian ini adalah perlunya diketahui kekuatan produk hasil
printing dengan mesin 3D Printing Da Vinci ini. Uji mekanik merupakan jenis pengujian yang umum
dilakukan untuk mendapatkan kekuatan suatu produk. Uji mekanik yang dilakukan adalah uji tarik
dan uji tekan. Pengujian ini dilakukan untuk berbagai bentuk struktur dalam dari suatu benda hasil
proses printing.
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan umum dari penelitian ini adalah mengakomodasi proses pembuatan produk prototipe hasil
printing mesin 3D Printing dengan ukuran yang melebihi kemampuan mesin dan perilaku mekanis
dari produk-produk 3D printing yang berstruktur kuat dan ringan.
Sedangkan tujuan khusus yang ingin dicapai dalam penelitian ini meliputi:
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
7
1. menguji kemampua printing mesin 3D Printing Da Vinci
2. menguji kualitas ketebalan minimum, porositas tertinggi yang dihasilkan
3. menguji kekuatan tarik/tekan benda hasil printing
4. menguji pengaruh material terhadap kekuatan benda hasil printing.
URGENSI PENELITIAN
Kegiatan industri kreatif baik yang terkait seni atapun aplikasi teknologi secara langsung menjadi
salah satu sumber kekuatan ekonomi masyarakat Indonesia. Industri ini telah memanfaatkan
teknologi digital antara lain CAD untuk merancang produk-produk yang disukai oleh pasar. Dalam
rangka menjamin keberhasilan pembuatan suatu produk, pembuatan prototipe merupakan salah
satu langkah yang sangat penting. Teknologi RP ini menjadi perangkat yang sangat tepat serta telah
tersedia banyak di pasar untuk merealisasi tujuan tersebut.
Saat ini mesin 3D printing telah mulai menjamur dilingkungan masyarakat pelaku industri kreatif
untuk berbagai tujuan komersial. Pengetahuan teknis yang benar tentang bagaimana prosedur dasar
untuk mendapatkan kualitas yang baik pada produk printing masih dilakukan secara sporadis dan
dengan cara coba-coba. Merupakan hal yang penting bagi institusi pendidikan untuk menghasilkan
suatu prosedur baku yang bisa dijadikan rujukan dasar bagi pihak-pihak yang baru memulai
memanfaatkan teknologi ini untuk tujuan komersialnya.
Industri kecil menengah sering menemui kesusahan untuk dapat secara cepat menguji atau menilai
hasil rancangannya bila tidak memiliki peralatan yang dapat membuat model/protipe benda yang
sedang dirancang. Biaya yang cukup besar diperlukan apabila merekan harus bekerja sama dengan
perusahaan besar untuk membuat prototipe tersebut. Dengan tersedianya mesin 3D printing yang
relatif murah saat ini, dalam memperlancar kegiatan produksinya.
INOVASI DAN TARGET YANG DIHARAPKAN
Penelitian ini akan sangat bermanfaat bagi institusi pendidika dalam bentuk pengembangan ilmu
terutama untuk memperkaya materi perkuliahan yang tidak bisa dipisahkan dari fenomena
penerapan teknologi 3D printing yang semakin banyak ditemui di masyarakat. Mesin 3D printing ini
akan sangat membantu memperkaya perkuliahan di bidang otomasi, peracangan produk,
mekatronika dan lain-lain. Sementara dalam kegiatan praktikum, media ini akan sangat membantu
mahasiswa memahami bagaimana cara kerja mesin 3D printing dengan memanfaatkan software
CAD, perangkat sensor dan aktuator untuk melakukan suatu kegiatan operasi. Disamping itu
penelitian ini dapat digunakan sebagai media untuk menyebarkan pengetahuan dalam bentuk jurnal
ilmia pada lingkup nasional ataupun internasional.
Penelitian ini melibatkan sejumlah mahasiswa Teknik Industri dimana mereka dapat mempelajari
secara lebih mendetail bagaimana proses pembuatan prototipe yang sebenarnya. Pengetahuan yang
didapat dapat digunakan untuk menumbuhkan kesadaran mahasiswa betapa pentingnya teknologi
ini dalam membantu industri kecil menengah yang jauh dari kemampuan teknologi dan modal kerja.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
8
Wawasan tentang pentingnya kemampuan membuat produk secara cepat dapat menjadi inspirasi
bagi mahasiswa untuk membuka usaha mandiri suatu saat setelah mereka menyelesakan
pendidikannya nanti.
Masyarakat ekonomi akan dapat turut menikmati menfaat dari teknologi RP dan 3D printing ini
secara lebih luas. Keperluan mereka untuk membuat produk rumit khususnya dalam industri kreatif
akan mudah dilaksanakan dan tidak memerlukan biaya yang terlalu mahal lagi. Industri manufaktur
skala kecil menengah sering memerlukan media untuk menguji hasil rancangannya baik secara
bentuk maupun fungsional. Tersedianya teknologi 3D printing secara komersial akan dapat
membantu proses perancangan dan mempermudah pengujian rancangan secara lebih nyata.
Selain pelaku industri kreatif, para arsitek, arkeolog and para tenaga medis dapat memanfaatkan
teknologi ini untuk merepresentasikan rancangan atau model benda digital yang dimiliki maupun
objek yang akan diproses sehingga didapat pemahaman lebih baik tentang produk yang akan
dikerjakan. Presentasi nyata dalam ruang 3D akan sangat membantu para pihak untuk memahami
dimensi, fungsi dan segala kerumitan yang tidak dapat digambarkan secara digital/konsep.
Target lain yang diharapkan adalah terlaksananya penelitian (skripsi) mahasiswa yang mengkaji
unjuk kerja mesin 3D printing Da Vinci ini terkait dengan proses pembuatan struktur ringan tetapi
kuat. Disamping itu terdapat juga kajian untuk meninjau proses modularisasi terhadap suatu
rancangan yang secara dimensi sangat melebihi ukuran ruang kerja mesin. Secara garis besar ada
dua (2) topik srikpsi yang dilaksanakan sejalan dengan penelitian ini.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
9
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini akan disajikan tinjauan literatur mengenai teknologi reverse engineering dan rapid
protptyping dalam kaitan proses perancangan dan pembuatan produk yang memanfaatkan teknologi
3D Printing. Secara umum, evaluasi atas pengumpulan data digital produk sekaligus proses
pembuatan cetakan menggunakan proses pemesinan yang meliputi strategi pemesinan yang paling
ideal untuk membuat cetakan juga ditelaah secara singkat.
REVERSE ENGINEERING
Secara umum, seseorang merancang produk dimulai dengan konsep dasar yang menjelaskan
abstraksi produk secara global dan berlanjut hingga produk tersebut dapat dimanufaktur dengan
bantuan berbagai fasilitas produksi yang dibutuhkan. Proses pembuatan produk dengan cara seperti
ini dikenal dengan nama forward engineering dan proses ini membutuhkan waktu yang lama hingga
diperoleh produk jadi. Dengan diperkenalkannya teknologi reverse engineering sebagai kebalikan
dari forward engineering, maka waktu yang diperlukan untuk pengembangan produk menjadi
semakin singkat, sekaligus dapat mengurangi biaya pengembangan produk dan mengantisipasi
kegagalan produk yang sedang dikembangkan (Raja and Fernandes 2008).
Teknologi forward engineering menekankan pada pemunculan konsep awal dalam rangka
penemuan produk baru dan aktifitas baru secara intensif, sementara teknologi reverse engineering
menekankan pada perbaikan fungsi dan analisis geometri maupun analisis material terhadap produk
yang telah ada. Proses reverse engineering kali ini dilakukan untuk proses pemodelan produk secara
digital dengan memastikan kecepatan proses yang efisien dan proses manufaktur yang tepat agar
produk yang dibuat dapat memenuhi keseluruhan fungsi dan performansi yang dibutuhkan dari
produk tersebut. Dari proses Reverse Engineering, maka produk dapat dibuat dengan cepat menjadi
bentuk nyata dengan teknik Rapid Prototyping.
Pembuatan produk dengan cara cepat (rapid prototyping) sering diklasifikasikan ke dalam konsep
Additive Manufacturing (AM) atau Layered Manufacturing (LM). Dalam teknik ini suatu produk
dibuat secara bertahap dan berlapis-lapis dari bagian dasar hingga ketinggian maksimum yang
dimiliki. Lapisan-lapisan tersebut merupakan potongan melintang dari model produk yang dihasilkan
dari data 3D CAD yang asli. Proses ini dapat dilakukan dengan berbagai teknik, satu diantaranya
adalah teknik FDM (Fused Deposition Modeling). Teknik ini memanfaatkan pelelehan material
benang ABS dan lelehan tersebut diproyeksikan pada meja kerja mesin dan diprint untuk setiap
lapisan penampang yang ditumpukkan secara bertahap hingga bentuk benda kerja berhasil
dibangun.
Teknik RP (Rapid Prototyping) diperlukan pada keadaan dimana teknologi manufaktur konvensional
tidak dapat lagi digunakan secara eketif. Suatu benda seperti pada Gambar 3 akan sangat sulit dibuat
dengan proses konvensional, dikarenakan oleh adanya fitur-fitur rumit dimana [IanGibson, 2010]:
1. Adanya cavity (celah) yang terlalu dalam untuk dikerjakan dengan proses pemesinan,
2. Adanya undercut yang tidak dapat dikerjakan kecuali dengan mesin 4 atau 5 axis,
3. Fitur internal tajam yang tidak dapat dipotong perkakas potong beradius,
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
10
4. Bagian dasar tidak bisa dimesin kecuali dengan fixture.
Kerumitan-kerumitan semacam ini tidak akan dijumpai pada teknik pembuatan produk dengan cara
RP. Oleh karenanya banyak pihak yang secara aktif memanfaatkan keunggulan yang ditawarkan ini
dengan lebih efektif dan efisien.
Gambar 3. Fitur-fitur Produk yang Sulit Dikerjakan dengan Pemesinan [Gibson, 2010]
Pembuatan produk semacam ini dapat dilakukan dengan lebih mudah dengan menggunakan teknik
3D printing, dimana hampir seluruh kendala yang disebutkan di atas tidak akan menghambat lagi.
Seperti yang disajikan pada Gambar 4, pembuatan produk (prototipe) dimulai dengan pemodelan
dalam CAD sistem. Selanjutnya model CAD ini dikonversi menjadi file STL (stereolitografi) dan
dilakukan operasi slicing atau pengirisan. Setelah itu model STL dikirim ke pengendali mesin dan
dilakukan setting yang tepat pada area kerja printing. Selanjutnya dilakukan proses pembuatan
produk secara berlapis, dan setelah selesai produk diangkat dari meja kerja. Pada tahap akhir
dilakukan post processing dan akhirnya produk dapat digunakan sesuai dengan tujuan awalnya.
Bentuk nyata ini akan sangat membantu para pengguna/perancang untuk mengevaluasi secara dini
apakah rancangan sudah baik atau belum.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
11
Gambar 4. Delapan Langkah untuk Merealisasi Produk 3D Printing [Gibson, 2010]
Proses printing pada meja mesin akan berlangsung secara bertahap dari lapis paling rendah menuju
lapisan teratas. Tebal lapisan ini akan menjadi faktor yang sangat menentukan terhadap kualitas
benda kerja yang dihasilkan dan juga lamanya proses berlangsung. Dua variable ini akan saling
bertolak belalakang dimana kualitas produk yang tinggi (dihasilkan dari ukuran lapisan yang sangat
tipis) akan memerlukan waktu printing yang sangat lama. Gambar 5 menunjukkan bagaimana suatu
benda (cangkir) akan memiliki dua macam tampilan permukaan bila dikerjakan dengan dua ukuran
tebal lapisan yang berbeda.
Gambar 5. Pengaruh Ukuran Tebal Lapisan pada Kehalusan Permukaan Benda [Gibson, 2010]
Ukuran ketebalan merupakan faktor bawaan pada teknologi 3D printing ini karena proses
pembuatan produk tersebut memang didasarkan pada pembuatan lapisan-lapisan material. Proses
pembuatan lapisan ini dapat dijelaskan dengan gambaran bahwa benda diiris-iris secara mendatar
sepanjang sumbu vertikalnya. Ketebalan irisan tidak dapat dibuat nol, sehingga pasti terdapat nilai
ketebalan minimum yang masih bisa didapat. Gambar 6 menunjukkan bahwa secara bertahap benda
kompleks seperti buah aple dapat diiris secara horizontal dan setiap bagian irisannya akan
direalisasikan dengan cara mem-print (mencetak) material benang ABS yang dilelehkan pada irisan
sebelumnya yang telah diprint sejak posisi dasar. Ukuran ketebalan dinding (bila material diprint ke
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
12
arah vertikal) yang dihasilkan akan menentukan kekuatan struktur benda yang akan terbentuk bila
mendapat tekanan. Ukuran ini akan menjadi pokok tinjauan dalam penelitian ini terutama pada saat
seseorang akan membuat produk yang ringan tetapi kuat. Kekuatan benda kerja akan ditentukan
oleh seberapa banyak isi material pada bagian “interior” (terkait deposition strategy). Sementara
pada pembuatan struktur honey-comb yang cenderung kosong, ketebalan dari dinding-dinding
vertikal honey-comb akan menentukan kekuatan dan ukuran berat benda secara keseluruhan.
Gambar 6. Proses Slicing yang Mempengaruhi Ketebalan Irisan [Kulkarni, 2000]
PERKEMBANGAN TEKNOLOGI ADDITIVE MANUFACTURING SAAT INI
Secara umum teknologi AM atau LM ini dapat direalisasi dengan teknologi bonding (penggabungan)
yang disajikan pada Gambar 7 [Kulkarni, 2000]. Model klasifikasi ini didasarkan pada proses fisik
untuk operasi penggabungan adesif, dimana tuntutan utama pada manufaktur suatu part secara
berlapis yang dilakukan dengan menyambung lapisan material secara berkelanjutan satu di atas yang
lain. Jelas terlihat bahwa konsep DFM adalah bagian dari teknologi bonding, berbasis kimiawi dan
pembentukan produk dilakukan secara deposisi (penumpukan) lelehan material secara berlapis.
Proses penggabungan dapat dicapai dengan cara penggabungan secara kimiawi (misalnya proses
solidifikasi antar lapisan), atau dengan cara menerapkan proses sintering pada bubuk untuk
membuat lapisan sekaligus ikatan antar lapisan maupun dengan menerapkan material lem dantara
dua lapisan yang bertumpukan. Masing-masing dari metoda ini banyak dikembangkan dengan segala
kelebihan dan kekurangannya.
Teknik pembuatan produk yang sangat populer dilakukan saat ini adalah FDM (Fused Deposition
Modelling), SLA (Stereolythography), SLS (Selective Laser Sintering), LOM (Laminated Object
Manufacturing) dan FPM (Freeform Powder Molding). Karena teknologi pembuatan ini berkembang
secara hampir bersamaan, maka mereka memiliki faktor-fakot persamaan maupun perbedaan yang
pada akhirnya menjadikan ciri khas dari masing-masing teknik tersebut.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
13
Gambar 7. Klasifkasi Proses LM Berdasarkan Metoda Penggabungannya [Kulkarni, 2000]
Secara garis besar terdapat 3 kelompok besar teknologi bonding yang dapat dilakukan, yakni:
1. Chemical Bonding (Deposition dan Photocuring); Metoda ini bekerja berdasarkan konsep
solidifikasi material yang tadinya leleh (disebut juga deposisi) ataupun proses photocuring
dimana material photopolymer digunakan sebagai meterial pembentuknya.
2. Sintering; Metoda ini memanfaatkan teknologi powder metallurgy dimana suatu area
tertentu dari material bubuk logam dipanaskan dengan sinar laser hingga mencapai
temperatur rekistalisasinya dan bubuk-bubuk logam yang berdekatan dibiarkan menyatu
menjadi suatu benda yang solid.
3. Gluing; Metoda ini secara umum memanfaatkan teknik pengeleman antara lapisan material
awal dengan lapisan material selanjutnya dengan memanfaatkan material lem tertentu.
METHODOLOGI UNTUK MENGEVALUASI PERFORMANSI DARI SISTEM RP
Ukuran utama yang digunakan untuk mengevaluasi performa sistem RP adalah kecepatan, biaya,
dan akurasi dimensi. Pendekatan yang digunakan untuk menganalisis faktor-faktor tersebut adalah
dengan mendefinisikan dan membangun suatu benda (part) pembanding. Salah satu yang dapat
dijadikan benda (part) pembanding adalah benda 3D yang dibuat dengan proses pemesinan atau
part yang mudah dibuat dengan metoda casting (pencetakan). Benda-benda pembanding ini dapat
dianggap sebagai part nyata, akan tetapi terdapat juga beberapa organisasi pengguna yang telah
membangun berbagai part pembanding untuk mengevaluasi sistem RP tertentu atau aspek-aspek
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
14
tertentu dari suatu proses RP [Jurrens, 1999]. Beberapa prosedur analisis dapat digunakan untuk
berbagai macam fitur dari produk 3-D Printing dapat didefinisikan berupa:
a. Kedataran (flatness) dari permukaan printing,
b. Kebulatan (roundness) dari lubang dan silinder,
c. Ketebalan minimum suatu dinding dan celah (slot),
d. Kehalusan permukaan, dan
e. Berbagai aspek lain fitur yang dianggap penting.
Dalam pembuata produk menggunakan teknik 3-D Printing (sebagai istilah umum untuk FDM) maka
terdapat dua faktor yang sangat penting diperhatikan saat melakukan proses pembuatan produk.
Kedua faktor tersebut adalah masalah orientasi produk saat akan dibuat (di-print) dan
pemilihan/peniadaan support bagi bagian yang mengambang. Kulkarni (2000) menunjukkan bahwa
perbedaan arah orientasi proses printing akan berpengaruh pada luas area dasar printing, luas area
yang kontak dengan bagian support, tinggi produk maksimum, kekasaran mininum pojokan dan
jumlah minimum material support, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pengaruh Arah Orientasi Terhadap Berbagai Faktor Printing
TEKNOLOGI FUSED DEPOSITION MODELING (FDM)
Teknik FDM berkerja dengan menggunakan filamen/benang plastis (biasanya ABS atau PLA) yang
diulur dari gulungannya dan disalurkan ke suatu nozzle penekan dan terekstrusi berupa lelehan
plastik panas. Nozzle ini dipanaskan hingga mencapai temperatur tertentu sehingga filamen plastik
yang lewat akan meleleh dan selanjutnya ditumpukkan dengan materail lain yang telah dilelehkan
sebelumnya. Keluar-masuknya filamen kedalam atau keluar dari nozzle dapat diatur kapan waktunya
sehingga dimana lelehan akan ditempelkan dengan yang lainnya dapat dikendalikan. Suatu produk
dihasilkan dengan cara menumpukkan lelehan material tadi secara berlapis dimana setiap lelehan
kemudian akan segera mengeras. Kepala nozzle ini dapat digerakkan secara horizontal maupun
vertikal dan diatur dengan kendali NC (numerical control) dari suatu Computer-Aided Manufacturing
(CAM) software sehingga saat lelehan ditempelkan, maka betuk tumpukan meterial dapat berupa
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
15
segala bentuk benda 3-dimensi.
Perusahaan Stratasys didirikan tahun 1988 oleh Mr. Scott Crump yang menemukan teknologi FDM di
akhir tahun 80-an dan hingga saat ini Stratasys terus bekrja dan telah menjadi pemimpin dalam
revolusi 3D printing, membangun berbagai macam sistem yang banyak diminati oleh perusahaan
manufaktr besar, para perancang, engineers, para pendidik dan banyak professional lainnya.
Terminologi fused deposition modeling dan singkatan FDM secara hukum adalah nama pasar
(trademark) yang dimiliki ole Stratasys Inc. Pada kesempatan lain orang memilih termin yang sangat
ekivalen yakni fused filament fabrication (FFF).
Secara umum cara kerja mesin 3-D Printing dengan teknologi FDM membuat benda kerja secara
bertahap dari lapisan bawah hingga lapisan tertinggi sesuai dengan ketinggian benda kerja. Lapisan
tersebut adalah hasil pemanasan filamen termoplastik dan diekstrusi dari nozzle pemanas yang ada.
Urutan pengerjaan lapisan-lapisan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Pre-processing: software CAM yang ada akan melakukan pemotongan (slicing) terhadap file
3D CAD suatu produk dan menghitung lintasan dari nozzle untuk menentukan dimana
mengekstrusi material termoplastik dan menentukan bagian support bila diperlukan untuk
bagian-bagian yang mengambang.
2. Production: Mesin 3D printing kemudian memanaskan material termoplastik menjadi
material semi-liquid state dan menempelkannya sebagai benang halus sekali disepanjang
lintasan tadi (Gambar 9). Bila struktur support diperlukan, maka mesin printing akan
membuat tumpukan material penumpun yang muda dibersihkan.
Gambar 9. Proses Pelapisan Lelehan Material FDM di Atas Layer yang Telah Jadi
3. Post-processing: Pengguna kemudian menghancurkan dan menghilangkan bagian support
atau memasukkan kedalam larutan detergen dan water, sehingga produk siap digunakan.
Untuk merealisasi proses pembuatan lapisan-lapisan material yang membentuk benda kerja, dapat
dipilih salah satu dari beberapa metoda yang sudah dikenal luas saat ini (Gambar 10). Empat cara
yang lazim digunakan (walaupun masih ada cara yang lain) adalah:
1. Liquid polymer, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel, 2x1D channel,
arrays of 1D channel dan 2D channel
2. Discrete particle, dapat dilakukan dengan menggunakan semua teknik seperti pada liquid
polymer.
3. Molten material, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel dan arrays of 1D
channel.
4. Solid sheet, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
16
Gambar 10. Posisi FDM dalam Proses Layered Manufacturing (LM) [Gibson, 2010]
Alasan mengapa banyak orang menggunkan teknologi DFM dalam membuat produk RP adalah
karena beberapa hal yang penting berikut ini:
1. Teknologi FDM ini bersifat bersih lingkungan, mudah digunakan dan sangat ramah bagi
longkungan kerja kantoran,
2. Material termoplastik yang saat ini dapat mendukung proses produksi bersifat stabil baik
secara mekanikal maupun terkait masalah lingkungan,
3. Geometri an celah-celah yang kompleks yang selama ini menjadi mesalah produksi tidak
menjadi kendala dalam teknologi FDM.
Hingga saat ini teknologi FDM dapat memanfaatkan semua jenis material termoplastik yang umum
digunakan pada proses manufaktur tradisional. Bila dibutuhkan kualitas tertentu terkait dengan
toleransi yang ketat, kestabilan tinggi, tingkat keramah-lingkungan yang tinggi, atau sifat-sifat khusus
terkait disipasi elektrostatik, translusens ataupun material yang lainnya, saat ini telah ditemukan
material termoplastik FDM yang cocok.
Pengujian sifat mekanik produk hasil 3D printing dilakukan dengan melihat pengaruh dari densitas
material pembentuk produk dan bentuk struktur didalam isian produk itu sendiri serta rasio inti
struktur pembantuknya. Densitas ini ditentukan berdasarkan besaran nilai yang dapat diberikan oleh
mesin printing yang ada, sementara bentuk struktur isian dapat ditentukan sesuai dengan
kebutuhan pengguna. Jenis pengujian yang dilakukan adalah Uji Tarik dan Uji Tekan terhadap
spesimen standar yang dibuat seragam selama proses pengujian dilakukan.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
17
Gambar 11. Jenis Struktur Honeycomb Sederhana dan Berinti
Gambar 12. Contoh Honeycomb Sandwich Structure
Gambar 13. Spesimen Uji Tarik ASTM D638
Berdasarkan hasil tersebut, penelitian ini akan dikembangkan dan digunakan untuk mendukung
pengembangan produk di industri kecil. Sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai, tahap-tahap dari
penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 14 di bawah. Pada gambar ini disajikan garis besar rencana
penelitian ini dalam rangka melakukan pengembangak teknik pernakitan bagi komponen- komponen
hasil proses 3d printing. Disamping itu, pengetahuan tentang kekuatan benda kerja juga akan diteliti
utamanya yang terkait dengan sifat mekanis bahan, yakni kekuatan tarik dan kekuatan tekan.
Penelitian ini merupakan elemen kecil dari jalur penelitian yang dikembangkan pada peta Panduan
KBI Sistem Manufaktur Jurusan Teknik Industri Unpar. Bagian yang diarsir merah merupakan area
kajian yang menaungi topik penelitian ini. Kajian untuk pembuatan produk rakitan dari produk 3D
printing layak dikaji pada area Pruduct, process & Fasility Design, ataupun pada area Manufacturing
Strategy dan lain-lain yang terkait, seperti disajikan pada Gambar 15.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
18
Gambar 14. Metodologi Penelitian Multitahun
Keterangan: Kotak yang berwarna (shaded) merupakan area penelitian yang terkait dengan penelitian ini
Gambar 15: Peta Panduan KBI Sistem Manufaktur Jurusan Teknik Industri UNPAR
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
19
BAB III. METODE PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kekuatan benda dengan struktur honey comb dari
proses rapid prototyping dengan menggunakan mesin 3D Printer jenis Fused Deposition Modeling
(FDM). Disamping mengetahui rancangan struktur yang kuat, penelitian juga akan difokuskan kepada
teknik perakitan komponen-komponen yang dibuat dari proses 3D printing menjadi sebuah benda
rakitan. Objek penelitian adalah dapat berupa benda terkait dengan benda kerajinan seperti patung,
lemari, dan pajangan. Objek tersebut akan dijadikan model dengan 3D CAD (dengan perangkat lunak
SolidWorks) dan pembuatan purwarupa secara cepat dengan 3D printer berbasis FDM.
Pada tahun yang telah lalu, kajian terhadap proses printing 3D menggunakan teknik FDM telah
dilakukan di Lab. Otomasi Sistem Produksi [Sunardi, 2014]. Dari penelitian itu dapat dilihat bahwa
penentuan variable surface and angel pada software 3D printing Up! akan sangat menentukan
kualitas hasil printing. Bentuk-bentuk benda sederhan yang berbeda seperti balok, limas segitiga,
silinder ataupun bola akan mempengaruhi kualitas, kemudahan dan kecepatan proses printin yang
dilakukan. Saat ini penelitian awal sedang dilakukan untuk mengevaluasi kekuatan benda dengan
struktur honey comb dengan proses pembuatan purwarupa secara cepat dengan 3D printer berbasis
FDM. Penelitian terhadap 3D printer juga telah dilakukan untuk mengevaluasi ketebalan lapisan
(layer), jumlah layer yang membentuk kepadatan benda kerja, peletakan benda kerja pada meja
kerja 3D printer.
Pada penelitian ini akan dilakukan kajian lebih mendalam pada mesin 3D printing DaVinci AiO,
menyangkut hal-hal berikut ini:
1. ketelitian gerak pada bidang datar tempat dimana irisan benda kerja akan diprint; pada
pengujian ini akan diamati sejauh apa step gerak terkecil yang dihasilkan. Ukuran ini akan
menjadi pertimbangan tingkat kualitas kurva horizontal atau setara dengan kehalusan
permukaan benda bila diraba secara melingkar.
2. ukuran ketebalan minimum yang dapat dihasilkan oleh mesin yang langsung menentukan
ketebalan irisan yang akan dihasilkan; Gerak terkecil yang bisa dihasilkan akan menentukan
kehalusan permukaan benda bila diraba ke arah vertikal.
3. penentuan kapasitas maksimum yang bisa disediakan oleh mesin terkait; Kapasitas mesin ini
akan diperlukan sebagai rujukan pada saat perancang ingin membuat benda kerja yang
ukurannya lebih besar dari volume kerja yang tersedia pada mesin. Volume ini akan
menentukan sebarapa banyak modul produk yang harus dibuat dan kemudian bisa dirakit
secara bersama untuk mendapatkan benda kerja yang direncanakan.
4. penentuan ketebalan dinding vertical yang bias dihasilkan oleh mesin printing terkait dengan
pembuatan sturktur ringan tapi kuat seperti struktur honey-comb dan lain-lain; pada
tahapan ini ketebalan dinding minimal akan diteliti dimana diusahakan untuk dapat
menggunakan ketebalan minmum tetapi masih mampu menumpu sejumlah beban dari arah
vertical. Tebal dinding terlalu besar akan menyebabkan struktur menjadi semakin berat
walaupun secara positif juga menambah daya tumpu benda dari beban vertikal yang
diterapkan.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
20
5. pengujian kekuatan tarik atapun kekuatan tekan terhadap berbagai macam model struktur
honey-comb; pada pengujian ini specimen uji tarik dan specimen uji tekan akan langsung
dihasilkan dari proses 3D printin ini. Kekuatan tarik dan kekuatan tekan ini akan secara
langsung dikorelaikan dengan variasi ketebalan dinding dan juga berbagai bentuk struktur
yang umum digunakan.
6. perancangan model-model fitur sambungan pada saat harus dibuat produk yang secara
dimensi jauh lebih besar dari pada ukuran kapasitas mesin; Pada tahap ini akan dilakukan
analisis terhadap berbagai pola rakitan yang mungkin dilakukan untuk mengassembly
beberapa benda modular yang dihasilkan dari proses 3D printing. Kemudahan perakitan
ditentukan oleh model pola rakitan yang dipilih dan sekaligus menentukan bagaimana
langkah proses pembuatan pola tersebut pada mesin printing.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
21
BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Otomasi Sistem Produksi Jurusan Teknik Industri
Unpar, dari bulan Februari 2015 hingga bulan Oktober 215.
Kegiatan penelitian ini dilaksanakan dalam waktu satu tahun, dengan waktu pelaksanaan efektif satu
tahun adalah delapan bulan dari Februari 2015 hingga November 2015. Kegiatan tersebut meliputi:
1. Penelitian Literatur
2. Penentuan setting parameter pada 3D printer
3. Survey dan pengumpulan data objek
4. Identifikasi alternatif rancangan dan evaluasi konsep awal perakitan
5. Evaluasi konsep rancangan/kekuatan struktur model uji tekan/tarik
6. Pembuatan prototipe
7. Evaluasi prototipe
8. Penulisan artikel untuk jurnal internasional dan makalah seminar
9. Penulisan laporan penelitianPenulisan laporan penelitian
Kesembilan jadwal ini dapat dilihat pada Gambar 16 di halaman berikut ini.
Keterangan
Penelitian literatur
Perakitan 3D Printer dan penentuan
setting parameter pada 3D Printer
Survey dan pengumpulan data objek
Identifikasi alternatif rancangan
Pembuatan konsep awal rancangan
Evaluasi konsep awal rancangan
Pembuatan prototipe
Evaluasi prototipe
Penulisan laporan penelitian
SeptemberFebruari Maret April Mei Juni Juli Agustus
Gambar 16. Rencana Jadwal Kegiatan Penilitian
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
22
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kegiatan utama yang dilaksanakan pada penelitian ini adalah perancangan fitur-fitur perakitan
dalam rangka membangun produk prototipe yang berukuran lebih besar dari kapasitas printing
mesin 3D printing. Disamping itu, penelitian terkait kekuatan mekanis produk hasil printing juga
dilasanakan dengan mengamati pengaruh densitas printing serta berbagai pola dan orientasi
struktur pembentuk isian printing seperti bentuk struktur honey-comb.
Beberapa alternatif teknik perakitan yang diterapkan pada pembuatan prototipe suatu produk
berdimensi besar (melampaui kapasitas mesin 3D printer) dikaji dengan seksama. Alternatif-
alternatif teknik perakitan dirancang berdasarkan prinsip-prinsip perakitan secara umum. Dari
pembahasan yang dilakukan, didapat sejumlah klasifikasi teknik perakitan yang bertujuan untuk
memudahkan proses pemilihan teknik yang terbaik untuk diterapkan pada pembuatan prototipe
produk. Tiga macam klasifikasi yang mungkin dilakukan dalam rangka mengabungkan 2 bidang
datar/sejajar menjadi benda rakitan3D, yakni:
1. Teknik perakitan antara 2 bidang yang sejajar
2. Teknik perakitan antara 2 bidang yang saling tegak lurus
3. Teknik perakitan antara 3 bidang yang saling tegak lurus
TEKNIK PERAKITAN ANTARA DUA BIDANG SEJAJAR
Jenis klasifikasi yang pertama bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung modul-modul
dari produk prototipe yang akan dirakit secara sejajar. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 7
macam/jenis teknik perakitan yang dapat diterapkan untuk menghasilkan bidang sejajar dari 2
modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 17.
Gambar 17. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Sejajar (Tipe Satu)
Ketika dilakukan pencetakan produk dalam bentuk tiga dimensi dalam mesin printing 3D, penentuan
arah orientasi pencetakan di atas bed mesin harus diperhatikan. Orientasi objek harus ditentukan
sedemikian rupa agar sedapat mungin penggunaan support tidak diperlukan. Support merupakan
bagian material tambahan yang dibentuk oleh mesin 3D printer ketika objek berada dalam posisi
tidak menyentuh permukaan bed (melayang). Pembentukan support tentunya akan memakan
material yang lebih banyak dibandingkan teknik tanpa support. Contoh cara arah orientasi objek saat
diprint di atas bed dalam mesin disajikan pada Gambar 18. Dengan cara yang sama, maka beberapa
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
23
jenis alternatif perakitan Tipe Satu dapat disajikan dalam Tabel 1.
Gambar 18. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Satu
Tabel 1. Tujuh Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komp. Pembentuk Rakitan (Tipe Satu)
No.1 Jenis Gerakan Relatif Bentuk Rakitan Realisasi Gerak
1. Geser/Tekan
2. Geser
3. Geser/Tekan
4. Geser/Tekan
5. Tekan
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
24
6. Tekan
7. Tekan
Dari cara perakitan berdasarkan 7 alternatif di atas, dapat dilihat bahwa hasil rakitan menunjukkan
hasil perakitan yang cukup baik. Akan tetapi masing-masing alternatif memiliki arah penguncian yang
tidak sama. Alternatif 1, 2, 3 dan 7 memiliki arah kuncian sejajar dengan sumbu benda, sedangkan
alternatif 2, 4, 5, dan 6 memiliki arah kuncian tegak lurus dengan sumbu benda.
Karena adanya usaha untuk mengatur orientasi printing agar tidak memerlukan support, maka
terjadi konsekuensi harus melakukan proses printing dengan ketinggian printing yang sangat tinggi,
kecuali pada alternatif 3 dan 7. Dua alternatif ini dapat diprint secara mendatar dengan ketinggian
minimal. Sementara alternatif yang lain, harus diprint ke arah ketinggian dan terjadi risiko
melentingnya bidang printing dan menghasilkan kualitas produk yang kurang baik.
TEKNIK PERAKITAN ANTARA DUA BIDANG TEGAK LURUS
Jenis klasifikasi yang kedua bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung modul-modul dari
produk prototipe yang akan dirakit secara tegak lurus. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 10
macam/jenis teknik perakitan yang dapat diterapkan untuk menghasilkan bidang tegak lurus dari 2
modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 19.
Gambar 19. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Tegak Lurus (Tipe Dua)
Sementara teknik pencetakan (printing) tetap sama yakni agar selalu mengusahakan tidak
diperlukanya support, agar proses pembuatan poduk menjadi lebih cepat maupun minimasi
penggunaan material printing. Sementara arah orientasi printing disajikan pada Gambar 20, dimana
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
25
berhasil dibuat tanpa menggunakan support. Dengan cara yang sama, maka beberapa jenis alternatif
perakitan Tipe Dua dapat disajikan dalam Tabel 2.
Gambar 20. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Dua
Tabel 2. Sepuluh Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komp. Pembentuk Rakitan (Tipe Dua)
No.1 Jenis Gerakan Relatif Bentuk Rakitan Realisasi Gerak
1. Tekan
2. Tekan
3. Tekan
4. Geser/Tekan
5. Geser
6. Geser/Tekan
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
26
7. Geser
8. Tekan
9. Tekan
10. Tekan
Sejenis dengan kasus perakitan untuk mendapatkan bidang mendatar, pada kasus perakitan untuk
menghasilkan bidang tegak lurus dari 2 bidang datar, aturan untuk mengusahakan minimal support
harus selalu diperhatikan. Konsekuensi terjadinya kualitas produk melenting sama tingginya dengan
kasus Tipe Dua. Dari 10 alternatif ini ternyata semuanya dapat diprint tanpa memerlukan support
sama sekali.
TEKNIK PERAKITAN ANTARA TIGA BIDANG TEGAK LURUS
Jenis klasifikasi yang ketiga bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung tiga modul bidang
datar prototipe yang dapat dirakit secara tegak lurus. Teknik perakitan antara tiga bidang ini
merupakan kombinasi dari tipe-tipe teknik perakitan antara dua bidang yang tegak lurus yang telah
dibahas di atas. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 6 macam/jenis teknik perakitan yang dapat
diterapkan untuk menghasilkan bidang tegak lurus dari 3 modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah
mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 21.
Gambar 21. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Tegak Lurus (Tipe Tiga)
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
27
Sementara pertimbangan dalam teknik pencetakan (printing) kelompok ini tetap sama yakni untuk
selalu mengusahakan tidak diperlukanya support, agar proses pembuatan poduk menjadi lebih cepat
maupun diperoleh minimasi penggunaan material printing. Sementara arah orientasi printing
disajikan pada Gambar 22, dimana satu buah produk tidak dapat dibuat tanpa menggunakan
support. Dengan cara yang sama, maka terdapat 6 jenis alternatif perakitan Tipe Tiga yang disajikan
dalam Tabel 3.
Gambar 22. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Tiga
Tabel 3. Enam Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komponen Pembentuk Rakitan (Tipe Tiga
No.1 Jenis Gerakan Relatif Bentuk Rakitan Realisasi Gerak
1. Tekan/Tekan/Tekan
2. Tekan/Tekan/Tekan
3. Geser/Geser/Tekan
4. Tekan/Tekan/Tekan
5. Geser/Geser/Geser
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
28
6. Tekan/Tekan/Tekan
Sejenis dengan kasus perakitan untuk mendapatkan bidang mendatar, pada kasus perakitan untuk
menghasilkan bidang tegak lurus dari 2 bidang datar, aturan untuk mengusahakan minimal support
harus selalu diperhatikan. Konsekuensi terjadinya kualitas produk melenting sama tingginya dengan
kasus Tipe Dua. Dari 10 alternatif ini ternyata semuanya dapat diprint tanpa memerlukan support
sama sekali.
Salah satu telaah yang paling mendesak untuk ditindak lanjuti adalah pembentukan bidan datang
dari dua bidang sejajar. Hampir semua rakitan menunjukkan pola defleksi yang cukup besar karena
pengaruh berat diri sendiri, kecuali untuk jenis rakitan no.2. Dalam kasus ini, perhitungan jenis dan
besar suaian dalam menghasilkan sangat perlu diperhatikan. Disamping itu, jenis-jenis rakitan yang
dapat mengunci dan menghilangkan defleksi masih harus dikembangkan.
Untuk jenis rakitan yang menghasilkan bidang tegak lurus dari dua bidang datar, jenis rakitan No.5
dan No.7 menunjukkan hasil yang paling baik, sementara jenis-jenis lainnya masih menghasilkan
kecenderungan gerakan yang bebas. Karena itu, sudut 90O yang dihasilkan tidak selalu terjaga
seperti ke-dua jenis rakitan tersebut.
Sementara untuk bidang tegak lurus dari dua bidang datar, hampir semua dapat menunjukkan hasil
yang baik karena ketiga bidang bersatu dan saling mengunci. Perbedaan utama terletak hanya pada
kerumitan jenis sambungan. Untuk menghindari adanya support, hal ini tidak dapat dilakukan karena
semua fitur sambungan hanya dapat dibuat dengan menggunkan support.
Hasil penelitian yang lain dalam kajian ini adalah pengujian sifat mekanik produk hasil proses
printing 3D yakni uji tarik dan uji tekan. Dalam kajian ini, dilakukan pengujian kekuatan produk
berdasarkan struktur isian produk yakni bentuk struktur honey-comb. Struktur ini dibedakan
pertama berdasarkan densitas material pembentuk dan kedua berdasarkan pada inti segi-6 pada
honey-comb dari tipe celular structure hingga didapat bentuk heirarchical structure.
PENGUJIAN KEKUATAN TARIK STRUKTUR HONEY-COMB
Jenis sifat mekanis tertama yang diuji adalah kekuatan tarik benda hasil 3D printing, didama di dalam
material isian benda terdapat struktur honey-comb. Arah peletakan struktur ini di dalam produk juga
akan menjadi salah satu pertimbangan dalam tahap uji tarik ini. Gambar 23 menunjukkan orientasi
inti struktur honey-comb di dalam spesimen uji (benda) serta arah gaya tarik yang dapat terjadi.
Disamping itu, arah orientasi struktur terhadap arah printing juga sangat penting diperhatikan
karena akan secara langsung terkait bagian benda mana yang mengalami proses penarikan.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
29
Gambar 23. Penentuan Arah Struktur Honey-comb dan Arah Printing Spesimen Uji
Variasi kondisi spesimen uji dilakukan dengan cara mengubah tingkat desitas dari struktur isian
benda yang diprint. Tingkat desitas dapat dipilih dari daftar yang diberikan oleh mesin printing Da
Vinci, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 24. Semakin tinggi densitas yang dipilih, maka semakin
kecil juga panjang sisi dari struktur segi-6 yang dihasilkan.
Gambar 24. Variasi Tingkat Densitas yang Digunakan dan Ukuran Sisi Segi-6
Untuk mendapatkan gambaran yang jelas dan komprehensif terhadap pengaruh densitas isian dan
arah proses printing, maka dibuatlah lima macam spesimen uji tarik (Gambar 25) yang dibedakan
berdasarkan tingkat desitas yang bisa dibuat. Arah printing berorentasi (a) tidak disarankan, karena
secara teknis orientasi ini tidak menunjukkan proses penarikan pada benda (material pembentuk
benda) akan tetapi uji tarik aka menguji kualitas penggabungan antar dua layer FDM pada benda.
Gambar 25. Lima Macam Spesimen Uji Tarik dan Satu Patahan Jenis Benda C
Hasil uji tarik untuk ke lima spesimen uji di atas disajikan dalam Tabel 4, dimana terlihat
jelas perbedaan densitas, orientasi printing, massa yang diperlukan serta kekuatan tarik
yang terukur. Spesimen A memiliki kekuatan terendah karena arah printing berorientasi (a)
menyebabkan proses uji tarik hanya menguji kekuatan ikat antar layer pada proses FDM ini.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
30
Kekuatan ikat antar layer ini tentu sangat rendah karena hanya hal ini terkait dengan proses
menumpukan layer satu dengan selanjutnya yang hanya berntumpu pada kekuatan ikatan
perekatan setara dengan proses pengeleman. Karena itu, data tipe A tidak valid dijadikan
rujukan/bahasan dalam kajian ini.
Tabel 4. Rekapitulas Hasil Pengujian Tarik untuk Lima Model Spesimen
Dari pembahasan yang lebih mendalam, pemilihan spesimen terbaik didasari pada perbandingan
antara selisih kekuatan tarik dengan selisih massa spesimen uji. Spesimen yang digunakan sebagai
rujukan pemilihan adalah spesimen tipe E, karena spesimen ini memiliki kekuatan yang paling kecil di
antara semua tipe spesimen yang diuji. Dari perbandingan yang dilakukan, maka didapat bahwa
spesimen tipe D memiliki nilai perbandingan terbesar yaitu 130,846 N/g. Hasil ini menyebabkan
spesimen D terpilih menjadi spesimen tarik terbaik karena penambahan massa pada spesimen ini
memberikan penambahan kekuatan terbesar dibandingkan tipe spesimen lainnya.
PENGUJIAN KEKUATAN TEKAN STRUKTUR HONEY-COMB
Untuk pengujian kekuatan tekan, dilakukan beberapa spesimen uji dengan variasi sebagai berikut:
1. Bentuk standar yakni celular honey-comb dengan desitas berbeda,
2. Bentuk dengan penguatan yakni hierarchical honey-comb (struktur berinti) dengan rasio
yang berbeda,
3. Bentuk standar yakni celular honey-comb dengan ketebalan dinding yang lebih besar.
Bentuk-bentuk struktur honey-comb yang diujik dapat diliat pada Gambar 26, dengan densitas dari
5%, 10%, 15% dan 20%. Pada struktur berinti dipilih nilai rasio bernilai 0,1 hinga 0,5
dikombinasikan dengan densitas dan ketebalan dinding yang berbeda. Seluruh variasi variabel uji
yang mempengaruhi hasil pengujian ini disajikan dalam Tabel 5. Uji tarik dilakukan secara bertahap
hingga spesimen benar-benar tidak mampun menahan gaya tekan yang diterapkan pada struktur uji.
Beberapa hasil uji tekan ini disajikan pada Gambar 27. Sementara nilai kekuatan tekan pengujian ini
disajikan secara lengkap pada Tabel 6.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
31
Gambar 26. Struktur Honey-comb yang Dipilih pada Uji Tarik
Tabel 5. Rekapitulas Variabel yang Diubah Selama Pengujian Tekan
Gambar 27. Contoh Hasil Uji Tekan pada Strukur Honey-comb
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
32
Tabel 6. Rekapitulas Hasil Pengujian Tekan untuk Berbagai Struktur Honey-com
Dari rekapitulasi hasil pada Tabel 6 dapat dilihat bahwa perbedaan struktur terkait densitas akan
sangat mempengaruhi kekuatan tekan yang dimilikinya. Ini terlihat baha spesimen A, B, C, dan D
memiliki densitas yang semakin besar (ukuran sisi segi-6 yang membesar) sehigga kemampuan
menahan beban tekan juga semakin besar, bahkan pada spesimen D mesin uji tekan tidak mampu
menghancurkan spesimen uji.
Demikian juga yang terjadi pada hierarchical structure, dimana semakin besar nilai , maka struktur
akan menjadi semakin padat sehingga dinding yang menahan gaya tekan akan semakin besar dan
otomatis akan menambah kekuatan. Pengaruh nilai rasio ini dapat dilihat pada spesimen A, E, F, G,
dan H. Untuk memili spesimen terbaik, tidak semua spesimen dapat digunakan yakni spesimen G
dan H. Kedua spesimen ini tidak dapat digunakan karena spesimen ini digunakan untuk mendekati
kekuatan struktur apabila panjang sisi segi-6 yang digunakan sebesar 10 mm dan 0.5. Spesimen G
dibuat memiliki panjang sisi segi-6 sebesar 20 mm karena adanya keterbatasan printer yang tidak
dapat menghasilkan struktur segi-6 dengan 0.5 dan panjang sisi segi-6 sebesar 10 mm.
Penentuan kondisi terbaik dilakukan dengan cara menilai pertambahan kekuatan/pertambahan
massa pada tiap jenis struktur yang dibandingkan dengan spesimen tipe A sebagai spesimen rujukan
dengan massa terkecil. Dari Tabel 6 dapat dilihat bahwa hasil perbandingan spesimen B lebih besar
dibandingkan dengan spesimen lainnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa penambahan massa pada
spesimen B lebih memberikan pengaruh pada kekuatan yang dihasilkan, atau menambah kekuatan
tekan lebih besar dibandingkan dengan spesimen lainnya. Dengan kata lain dengan penambahan
massa yang kecil saja, maka struktur dapat memberikan kekuatan yang lebih besar dibandingkan
struktur lain untuk penambahan massa yang sama. Karena nilai perbandingan yang lebih besar ini,
maka struktur yang terpilih sebagai spesimen tekan adalah spesimen B.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
33
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam rangka membuat produk prototipe yang ukurannya lebih besar dari kemampuan mesin 3D
Printing membuat suatu produk, maka teknik produk modular merupakan solusi yang layak
dipertimbangkan. Untuk menghasilkan ukuran produk melebihi kapasitas mesin 3D Printing, maka
dikembangkan teknik perakitan produk modular dengan kriteria sebagai berikut:
1. Perakitan benda dengan merakit 2 bidang yang sejajar,
2. Perakitan benda dengan merakit 2 bidang yang saling tegak lurus, dan
3. Perakitan benda dengan merakit 3 bidang yang saling tegak lurus.
Dalam rangka memproduksi benda rakitan, teknik printing yang harus dipilih merupakan faktor
penting agar proses printing dapat berjalan dengan cepat dan lancar serta dapat meminimasi
penggunaan material. Walaupun demikian, setelah produk rakitan dipasang, terutama untuk
perakitan antara 2 bidang sejajar, kualitas rakitan ternyata tidak selalu memuaskan.
Faktor gaya berat dari benda itu sendiri dan kualitas fitur sambungan yang dibuat menjadi faktor
penting lain yang ditemukan dalam penelitian ini. Bila kedua faktor tidak diperhatikan, maka bentuk
benda yang dihasilkan sangat menyimpang dari apa yang diharapkan, yakni terjadinya tingkat
defleksi yang cukup besar pada produk rakitan.
Penelitian ini juga menghasilkan pengetahuan tentang peran struktur isian benda prototipe 3D
printing, yang terkait dengan bentuk struktur utama di dalam benda serta sifat mekanis produk,
khusunya kekuatan tarik dan kekuatan tekan. Struktur yang dikaji untuk dapat menghasilkan produk
3D printing yang kuat tetapi ringan adalah struktur honey-comb. Dua jenis struktur yang dikaji yaitu
celular honey-comb dan heirarchical honey-comb. Disamping itu tingkat kerapatan/densitas benda
juga dijadikan faktor yang diamati.
Dari pengujian ini dapat disimpulkan bahwa pada untuk uji tarik disimpulkan bahwa spesimen D
yang memiliki densitas 15% dengan orientasi printing (c) merupakan spesimen yang paling layak
dijadikan rujukan untuk membuat produk prototipe yang mungkin terkena beban tarik. Sementara
terkait dengan beban tekan, maka spesimen B dimana densitas yang dimiliki adalah 10% dengan
bentuk celular honey-comb menjadi rujuan untuk membuat produk prototipe yang mungkin terkena
beban tekan.
Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR
34
DAFTAR PUSTAKA
____, (2009). Peta Panduan Pengembangan Klaster Industri Kerajinan dan Barang Seni. Lampiran Peraturan No.: 132/M-IND/PER/10/2009. M. P. R. IINDONESIA. Jakarta.
____, (2013). CAM Toolpath Strategies, tersedia pada: http://www.cnccookbook. com/index.htm.
____, (2013). Spesimen ASTM D6, tersedia pada http://file.scirp.org/Html/6-7700792%5C0b33f220-d8ba-4d26-9379-35e3f4f47e60.jpg
_____, http://www.stratasys.com/3d-printers/technologies/fdm-technology#sthash. 0ERBPgWg. dpuf.
_____, http://www.3dprinting.com/what-is-3d-printing/#whatitis.
Barnatt, C. (2012). "3D Printing." Retrieved 19 Maret, 2012, from http://www.explainingthefuture. com/3dprinting.html.
Chua, C. K., K. F. Leong, et al. (2003). Rapid Prototyping: Principles And Applications, 2nd Edition. Singapore, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.
Degarmo, E. P., Black, J. T., and Kohser R. (2008). Materials and Processes in Manufac-turing. 7th ed. Macmillan Publishing Company. New York.
Gibson, I., et al. (2010). Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing. New York, Springer.
Groover M. F., (2005). Otomasi, Sistem Produksi dan Computer-Integrated Manufacturing, (terjemahan) Penerbit Guna Widya, Surabaya.
Jeng, H.J. (2014). 2014 - 3D Printing Workshop for ASEAN Countries. Prosiding, NTUST Taiwan.
Jurrens, K. K. (1999). Standards for the rapid prototyping industry. Rapid Prototyping Journal Volume 5, Number 4, pp. 169-178, MCB University Press
Kamrani, A. K. and E. A. E. Nasr (2006). Rapid Prototyping: Theory and Practice. New York, Springer.
Kulkarni, P., et al. (2000). A review of process planning techniques in layered manufacturing. Rapid Prototyping Journal, Volume 6, Number 1, pp. 18-35, MCB University Press.
Liou, F. W. (2008). Rapid Prototyping and Engineering Applications: A Toolbox for Prototype Development. Boca Raton, CRC Press, Taylor & Francis Group.
Raja, V. and K. J. e. Fernandes (2008). Reverse Engineering: An Industrial Perspective. London, Springer-Verlag.
Sunardi, E. (2014) Pengaruh Faktor Surface and Angle Terhadap Hasil Print 3D Printer Merek Up! (Dimensi dan Massa Benda), Skripsi S1, Jurusan Teknik Industri – Unpar.
Wang, W. (2011). Reverse Engineering: Technology of Reinvention. Boca Raton, CRC Press, Taylor & Francis Group.