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