PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP

DEFLEKSI PRODUK 3D PRINTER

Skripsi

Oleh :

KUSWANTO

NIM. 003201505035

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, Universitas President.

Nama : Kuswanto

NIM : 003201505035

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul :

PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP DEFLEKSI PRODUK

3D PRINTER

, 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, Sep 2017

Yang membuat pernyataan,

Kuswanto

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP

DEFLEKSI PRODUK 3D PRINTER

Disusun oleh : Kuswanto

NIM : 003201505035

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, Oktober 2017

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

(Tetuko Kurniawan, S.T., M.Sc.)

iv

ABSTRAK

Kemajuan bidang teknik 3Dimension printer (3D) telah sangat maju saat ini di

bandingkan dengan satu dasawarasa yang lalu. Salah satunya yang berteknologi

Fused Deposition Modeling ( FDM ) dengan menggunakan material PLA

( Polylactic Acid ). Banyak tantangan dalam proses pembuatan produk 3D untuk

menghasilkan kualitas produk terbaik. Para peneliti terus melakukan penelitian

dan juga percobaan untuk menentukan parameter terbaik. Faktor yang

mempengaruhi hasil printing adalah suhu, ketepatan dan kepresisian peletakan

desain lapisan printing. Analisa dan pengujian pada suhu kerja printing di

butuhkan untuk mencegah dan mengurangi masalah shrinkage, defleksi dan

deformasi pada hasil printing. Hasil pengujian dan pengukuran didapatkan bahwa

pola Rectiliniear dan Concentric dengan suhu print bed terbaik berada pada suhu

50 ℃ sampai 60 ℃ dan proses printing dengan suhu chamber terkontrol pada

suhu 30 ℃ sampai pada 45 ℃ signifikan mengurangi cacat produk.

Kata Kunci :

FDM, PLA, 3D Printer, Rapid Prototype, Heat, Suhu, Deformasi, Shrinkage,

Printing Chamber.

v

KATA PENGANTAR

Terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan anugrah hingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tesis ini dengan baik dan juga dukungan keluarga baik waktu dan materi.

Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini bayak pihak yang telah membantu, oleh karena itu tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih banyak kepada:

1. Bapak Dr.Ing. Erwin Sitompul, selaku Dekan Fakultas Teknik, President University

2. Ibu Lydia Anggraeni sebagai Kaprodi Jurusan Teknik Mesin

3. Bapak Tetuko Kurniawan sebagai Dosen Pembimbing yang banyak memberikan masukkan dan bantuan baik teknik dan non teknis.

4. Team Tesis pak Royan dan Bung Tosin untuk kerjasama dan pengorbanannya yang besar baik materi juga non materi.

Semoga amal baiknya mendapatkan balasan dari Tuhan Yang Maha Esa dengan balasan berlipat ganda.

Disadari bahwa dengan segala keterbatasan, laporan Tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga masukan dan kritikan yang konstruktif penulis harapkan demi sempurnanya laporan ini. Akhirnya semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan

Cikarang, Tahun 2017 .

Kuswanto.

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN…………………………………………………………………………. ii

LEMBAR PENGESAHAN…………………………………………………………. iii ABSTRAK………………………………………………………………………….. iv KATA PENGANTAR……………………………………………………………… v DAFTAR ISI……………………………………………………………………….. vi DAFTAR TABEL…………………………………………………………………... viii DAFTAR GAMBAR…...…………………………………………………………... ix NOMENKLATUR…………………………………………………………………. xi BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………….. 1 1.1. Latar Belakang…………………………………………………………….. 1 1.2. Tujuan Penelitian ………………………………………………………….. 2 1.3. Perumusan Masalah……………………………………………………….. 3 1.4. Batasan Pembahasan………………………………………………………. 4 1.5. Metodologi Penelitian……………………………………………………… 4

BAB II STUDI PUSTAKA………………………………………………………… 5 2.1. Additive Manufacturing……………………………………………………. 5 2.2. Jenis Additive Manufacturing……………………………………………… 5

2.2.1 SLA ( Sereolithography )………………………………………………….. 6 2.2.2 MJM ( Multi Jet Modelling )………………………………………………. 6 2.2.3 SLS ( Selective Laser Sintering )………………………………………….. 7 2.2.4 FDM ( Fused Deposition Modelling )……………………………………... 7

2.3 Spesifikasi Teknik Mesin 3D Printer……………………………………...... 9 2.4 Hardware/ Perangkat Keras……………………………………………….. 9 2.5 Prinsip Kerja………………………………………………………………. 10 2.6 Filament……………………………………………………………………. 11 2.7 Printing dan Bed Temperatur……………...…………................................... 11 2.8 Ketebalan Printing…………………………………………………………. 11 2.9 Kecepatan Deposisi………………………………………………………… 12 2.1 Pola Printing…………………………………………………………...…… 12

2.11 Perpindahan Panas………………..…………………………………...…… 13 2.12 Defleksi dan Teknik Mengatasi Defleksi ………………....……................... 14

3.1 Metodologi Penelitian……………………………………………………… 15 3.2 Pembuatan dan Pengujian Modul Testing Plate………………………………….. 16

3.2.1 Pengujian Pada Variasi Pola Printing ………………….............................. 17 3.2.2 Pengujian Pada Variasi Luas Base Plate………………………………….... 17 3.2.3 Pengukuran Perubahan Suhu Print Bed ……………….………………....... 18

3.3 Desain Chamber Printing………………………………………………....... 19

vii

3.4 Pengujian dan Pengukuran Suhu Printing Pada Chamber…………………. 19 3.5 Pengukuran Gap Produk Testing Base Plate………………………………. 21 3.6 Matrik Penelitian ………………………………….………………………. 22

BAB IV HASIL PENELITIAN………………………………………………….. 23 4.1 Hasil Pengukuran Testing Base Plate……………………………………… 23

4.2 Pengukuran Variasi Suhu Print Bed……………………………………….. 24

4.3 Pengukuran Modul Dengan Chamber Tanpa Kontrol Suhu……………………… 25 4.4 Pengukuran Modul Dengan Chamber dan Kontrol Suhu………………………… 26 4.5 Perbandingan h Pada 3 Pengujian ………………………………………… 27 4.6 Pengukuran h Pada Varian Beda Luas……………………………………... 27 4.7 Pengukuran Deformasi Base Plate…………………………………………. 28

4.7.1 Pengukuran Deformasi Pada t ( Tinggi Base Plate )…………………………….. 29 4.7.2 Pengukuran Deformasi Pada d ( Lebar Base Plate )……………………….. 29 4.7.3 Pengukuran Deformasi Pada W ( Panjang Base Plate )……………………. 30 4.7.4 Pengukuran Deformasi Average Base Plate………………………………. 30 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…….......................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………. 32

viii

DAFTAR TABEL

Table II.1 Tabel Spesifikasi 3D printer……………………………………………………….. 34

Tabel II.2 Material properties PLA………………………………………………………….. 36

Table III.1 Variasi pola Top/Bottom dan Infill untuk modul testing ………………………… 17

Tabel III.2 Parameter printing modul testing plate …………………………………………… 17

Tabel III.3 Matrik Penelitian ……………………..…………………………………………… 22

Tabel IV.1 Hasil pengukuran average tinggi gap pada modul base plate…………................. ..23

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 Desain Printer 3D teknologi FDM ……………………………………… 2

Gambar I.2 Contoh produk 3D yang mengalami deformasi …………………………. 3

Gambar II.1 Diagram alir proses 3D Printing…………………………………………. 5

Gambar II.2 SLA (Stereolithography…………………………….…………………… 6

Gambar II.3 MJM ( Multi Jet Modeling) ……………………………………….…….. 6

Gambar II.4 SLS ( Selective Laser Sinterin ) …………………..……………….......... 7

Gambar II.6 Printer 3D Cartesia model……………………………………….………. 8

Gambar II.7 Printer 3D Delta model………………………………………………….. 9

Gambar II.8 3D printer dengan teknologi FDM……………………………………….. 9

Gambar II.9 Hardware koneksi 3D printer……………………………………………. 11

Gambar II.10 Prinsip kerja 3D printer FDM teknologi………………………………… 12

Gambar II.11 Parameter Temperatur printing dan Print bed………………………...…. 15

Gambar II.12 Ketebalan printing dan hasil print dengan noozle 0.4 mm suhu 190 ℃……….. 15

Gambar II.13 Kolerasi antara kecepatan printing dan deposisi filament………………. 16

Gambar II.14 Jenis pola printing standart……………………………………………… 16

Gambar III.1 Garis besar proses penelitian…………………………………………….. 17

Gambar III.2 Flowchart penelitian……………………………………………………... 18

Gambar III.3 Modul Base plate………………………………………………………… 18

Gambar III.4 Layout modul testing plate pada software Repetier Host………………. 20

Gambar III.5 Cara pengukuran gap produk baseplate…………………………………. 21

Gambar III.6 Pengukuran modul………………………………………………………. 21

Gambar III.7 Temperatur print bed……………………………………………………. 21

Gambar III.8 Arduino dan pembacaan sensor thermo couple………………………….. 22

x

Gambar III.9 Rangkaian Arduino Mega dengan Max 6675 dan thermocouple type K…. 22

Gambar IV.1 Grafik hasil pengukuran gap base plate dengan variasi…………………. 24

Gambar IV.2 Grafik hasil pengukuran gap ( h ) average pada modul base plate ……... 25

Gambar IV.3 Grafik average tinggi h pada chamber dengan suhu ruang…………..….. 26

Gambar IV.4 Desain printing chamber ………………………………………………... 26

Gambar IV.5 Desain printing chamber dengan material acrylic ………..…………….. 27

Gambar IV.6 Grafik tinggi h pada chamber dengan heater………………………..….. 28

Gambar IV.7 Grafik perbandingan tinggi h pada 3 pengujian…………………………. 28

Gambar IV.8 Base plate dengan beda luas printing……………………………………. 29

Gambar IV.9 Grafik tinggi h pada base plate dengan beda luas printing……………… 30

Gambar IV.10 Grafik pengukuran deformasi base plate………………………………… 31

xi

NOMENKLATUR

3D - 3D Printing 3DP - Three dimensional Printing AM - Additive manufacturing CAD - Computer aided design FDM - Fused deposition modeling MJM - Multijet modeling PLA- Polylactic Acid STL - StereoLithography RP - Rapid Prototyping DDM - Direct Digital Manufacturing SLS - Selective Laser Sintering FFD- Free From Deformation Tb - Temperature Bed h - Tinggi Gap T - Temperature t - Tinggi d - Lebar w - Panjang

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan Teknologi yang semakin maju dalam bidang mekanik dan juga

elektronik, membuat semakin banyak pula perangkat teknologi yang memudahkan

pekerjaan manusia, salah satu yang paling popular sekarang ini adalah 3D Printer

atau Additive Manufacturing (AM ) yang menggabungkan ke 2 teknik tersebut.

Teknologi pencetakan 3D dimulai pada tahun 1986, namun tidak begitu pesat hingga

tahun 1990. Ini tidak begitu populer di luar dunia teknik, arsitektur dan manufaktur.

Untuk membuat objek Anda memerlukan model 3D digital. Anda dapat memindai

satu set gambar 3D, atau menggambar dengan menggunakan perancangan bantuan

komputer atau perangkat lunak CAD. Model 3D digital biasanya disimpan dalam

format STL dan kemudian dikirim ke printer. Proses "mencetak" objek tiga dimensi

layer-by-layer dengan peralatan, yang sangat mirip dengan printer ink-jet. Salah satu

aplikasi pencetakan 3D yang paling penting adalah di industri medis. Dengan

pencetakan 3D, ahli bedah dapat menghasilkan tiruan bagian tubuh pasien mereka

yang perlu dioperasi. Pencetakan 3D memungkinkan untuk membuat bagian dari

awal hanya dalam beberapa jam. Hal ini memungkinkan desainer dan pengembang

untuk beralih dari layar datar ke bagian yang sebenarnya. Saat ini hampir semuanya

dari komponen kedirgantaraan hingga mainan mulai dibangun dengan bantuan printer

3D. Pencetakan 3D bisa memberi penghematan besar pada biaya perakitan karena

bisa mencetak produk yang sudah dirakit. Dengan pencetakan 3D, perusahaan

sekarang dapat bereksperimen dengan ide baru dan desain tanpa biaya waktu atau

perkakas yang ekstensif. Mereka dapat memutuskan apakah konsep produk layak

untuk mengalokasikan sumber daya tambahan. Pencetakan 3D bahkan bisa

menantang metode produksi massal di masa depan. Pencetakan 3D akan berdampak

pada banyak industri, seperti peralatan otomotif, medis, bisnis & industri, pendidikan,

arsitektur, dan industri produk konsumen.Secara istilah 3D Printing adalah proses

pembuatan benda padat tiga dimensi dari sebuah desain secara digital menjadi bentuk

3D yang tidak hanya dapat dilihat tapi juga dipegang dan memiliki volume.

Pembuatan sebuah sebuah prototype dengan menggunakan sebuah mesin printer 3D

2

di awali dengan membuat sebuah desainnya terlebih dahulu dengan menggunakan

software desain seperti solidwork, autocad, 3Dmax, dan lain lain. Kemudian hasil

desain dari software yang digunakan tersebut di convert kedalam software printer

3D, dimana bentuk file yang dapat digunakan di dalam software printer 3D adalah stl

(StereoLithography). Pada proses printing sendiri sangat di butuhkan kepresisian

layer awal yang akan menjadi dasar kontruksi printing disamping juga ketepatan

desain slicer dan kemudahan melakukan setup pada print bed agar layer peletakan

pertama presisi dan kemudian adalah ketepatan ukuran yang di hasilkan di perlukan

standart kompensasi agar di dapat ukuran produk yang sesuai dengan yang di

inginkan. Pada hasil produk mesin 3D printing yang di rakit oleh team President

University menghasilkan produk yang belum konsisten hasil printnya, terutama

terjadinya defleksi pada hasil percobaan sehingga di lakukan penelitian untuk

menentukan parameter yang mempengaruhi Defleksi produk 3D printer yang focus

pada parameter dimana terjadi perpindahan panas seperti pada print bed dan juga

temperature ruang.

1.2. Tujuan Penelitian Secara umum penelitian ini adalah untuk melakukan riset pada Fakultas Teknik

Mesin President University yang di tujukan untuk pengembangan sebuah mesin

teknologi Rapid Prototyping yang berteknologi FDM (Fused Deposisiton Modelling)

dan mempelajari masalah defleksi

Penelitian ini adalah lanjutan dari peneliti sebelumnya yang telah bersama

mengembangkan mesin prototyping.

3

Gambar I.1 Desain printer 3D teknologi FDM

1.3. Perumusan Masalah Beberapa masalah yang di bahas dalam penelitian ini adalah :

1. Hasil cetak 3D yang cenderung mengecil saat didinginkan. Bila bagian cetak 3D

mendingin tidak merata atau terlalu cepat dapat menyebabkan bagian ditarik kembali.

Fenomena yang disebut, “Defleksi" yang dapat terangkat pada bagian sudut dari kaca

dan membuat bagian cetak tidak menempel ke dengan baik.

2. Belum adanya standart suhu print bed yang optimal untuk mendapatkan hasil printing

yang akurat untuk jenis material PLA ( polylactic acid atau polylactide ).

3. Belum adanya metode untuk suhu printing environment dan hasil print dengan suhu

yang stabil

Bentuk bentuk masalah pada printing 3D :

4

Gambar I.2 Contoh produk 3D yang mengalami deformasi

1.4. Batasan Pembahasan

Penelitian ini membatasi masalah pada :

1. Menggunakan mesin 3D printer yang sudah di kembangkan sebelumnya

dengan type : Prusa Mendel dan mengunakan teknologi Fused Deposisiton

Modelling (FDM)

2. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah PLA ( polylactic

acid atau polylactide ) dengan diameter 1.75 mm.

1.5. Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Melakukan studi literatur mengenai 3D Printing tentang perpindahan panas ,suhu

ruang, suhu print bed yang di rekomendasikan dan kalibrasi suhu print bed dan

printing.

2. Pengembangan metode pengukuran temperature print bed yang optimal dan desain

printing chamber.

3. Pengujian dan analisa perangkat lunak dan keras yang mempengaruhi suhu

printing/kerja.

4. Pengujian konsistensi hasil printing

5

BAB II

STUDI PUSTAKA

2.1 Additive Manufacturing Additive Manufacturing (AM) adalah nama yang tepat untuk menggambarkan

teknologi yang membangun objek 3 dimensi dengan menambahkan lapis demi lapis

material, baik material itu plastik, logam, beton atau juga dengan teknologi terbaru

adalah jaringan tubuh manusia. Teknologi umum dari AM adalah penggunaan

komputer, perangkat lunak pemodelan 3D (Computer Aided Design atau CAD),

peralatan mesin dan bahan layering. Setelah sketsa CAD dibuat, peralatan AM

membaca data dari file CAD dan meletakkan atau menambahkan lapisan cairan,

bubuk, bahan lembaran atau lainnya secara berturut-turut, dengan cara lapisan demi

lapisan untuk membuat objek 3D. Istilah AM mencakup banyak teknologi termasuk

subset seperti 3D Printing, Rapid Prototyping (RP), Direct Digital Manufacturing

(DDM), manufaktur berlapis dan fabrikasi aditif dan lainnya. Aplikasi AM tidak

terbatas. Penggunaan awal AM dalam bentuk Rapid Prototyping difokuskan pada

model visualisasi praproduksi. Baru-baru ini, AM sedang digunakan untuk membuat

produk akhir penggunaan di pesawat terbang, restorasi gigi, implan medis, mobil, dan

bahkan produk fashion. Sementara penambahan pendekatan lapis demi lapis

sederhana, ada banyak aplikasi teknologi AM dengan tingkat kecanggihan untuk

memenuhi beragam kebutuhan termasuk: Alat visualisasi dalam desain, Sarana untuk

menciptakan produk yang sangat disesuaikan bagi konsumen dan profesional, untuk

menghasilkan banyak bagian produksi kecil dan rumit dan kemudian produksi organ

tubuh manusia.

Proses flow mengenai 3D printing dapat di pada gambar berikut :

6

Gambar II.1 Diagram alir proses 3D Printing 2.2 Jenis Additive Manufacturing (AM) : 2.2.1 SLA ( Stereolithography) Teknologi high end yang memanfaatkan teknologi laser untuk membuat lapis demi

lapis resin photopolymer (polimer yang berubah sifat saat terkena cahaya).

Pembuatan bentuk terjadi di kolam resin. Sinar laser, diarahkan ke kolam resin,

menelusuri pola penampang model untuk lapisan tertentu dan membentuknya.

Selama siklus membangun. Proses berulang sampai pembuatan atau model selesai.

Materi khusus mungkin diperlukan untuk menambahkan dukungan pada beberapa

fitur model. Model digunakan sebagai pola untuk injection molding, thermoforming

atau proses pengecoran lainnya.

Gambar II.2 SLA (Stereolithography) Picture source Http//:biega.com/3d-printing 2.2.2 MJM (Multi Jet Modelling) Multi-Jet Modeling mirip dengan printer inkjet yang memiliki kepala, mampu berputar bolak-balik (3 dimensi-x, y, z)) menggabungkan ratusan jet kecil untuk menerapkan lapisan bahan termopolimer, lapisan demi lapisan .

7

Gambar II.3 MJM ( Multi Jet Modeling) 2.2.3 SLS (Selective Laser Sintering) Mirip seperti teknologi SLA, Selective Laser Sintering (SLS) memanfaatkan laser

bertenaga tinggi untuk memadukan partikel kecil plastik, logam, keramik atau kaca.

Selama siklus membangun, platform tempat pembuatan direposisikan ulang,

diturunkan dengan ketebalan lapisan tunggal. Proses berulang sampai pembuatan atau

model selesai. Tidak seperti teknologi SLA, bahan pendukung tidak dibutuhkan

karena bangunannya didukung oleh bahan yang tidak disisipkan.

Gambar II.4 SLS ( Selective Laser Sintering ) 2.2.4 FDM ( Fused Deposition Modelling ) Proses yang berorientasi yang melibatkan penggunaan termoplastik (polimer yang

berubah menjadi cairan pada saat aplikasi panas dan mengeras menjadi bahan padat

bila didinginkan) yang disuntikkan melalui nosel pengindeks ke platform. Materi

khusus mungkin perlu menambahkan dukungan pada beberapa fitur model. Serupa

dengan PLA dan ABS, modelnya bisa jadi mesin atau digunakan sebagai pola.

3D printer dengan teknologi FDM merupakan salah satu dari banyak model printer

3D yang banyak digunakan dewasa ini dan merupakan printer yang di bangun dengan

prinsip Cartesia di mana ada 3 sumbu yang saling berhubungan untuk meletakkan

layer demi layer material printing. Keunggulan dari model ini adalah bentuk

bangunnya yang sederhana dan tidak membutuhkan banyak part di samping stabil

dan mudah di rancang.

8

Printer 3D Cartesian diberi nama berdasarkan sistem koordinat dimensi - sumbu X,

Y, dan Z - yang digunakan untuk menentukan di mana dan bagaimana bergerak

dalam tiga dimensi dan meletakkan material secara akurat.

Gambar II.6 Printer 3D Cartesia model www.printspace3d.com

Printer populer lainnya disebut Delta. Printer Delta juga bekerja dalam bidang

Cartesian namun biasanya akan menampilkan tempat cetak melingkar. Alat

pengekstrusi akan diletakkan di atas dengan tiga lengan dalam konfigurasi segitiga

(dengan demikian nama "Delta"). Printer ini dirancang untuk kecepatan dan mereka

juga memiliki keuntungan dari tempat cetak yang tidak bergerak yang bisa

menguntungkan dalam pembuatan cetakan tertentu.

Gambar II.7 Printer 3D Delta model matterhackers.com

9

2.3 Spesifikasi Teknik Mesin 3D Printer Dokumentasi ini mengacu pada Printer rapid prototyping 3D - Mendel versi 1.1

Gambar II.8 3D printer dengan teknologi FDM 2.4 Hardware /Perangkat Keras

Berikut adalah hardware yang di butuhkan oleh 3D printer dengan teknologi FDM.

Gambar II.9 Hardware koneksi 3D printer makersking.com

10

2.5 Prinsip Kerja

Prinsip kerja mesin rapid prototyping dengan teknologi FDM adalah mencetak objek

tiga dimensi 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.

Gambar : II.10 Prinsip kerja 3D printer FDM teknologi

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.

Slicing and Toolpath adalah suatu proses 3D Printer dalam pembuatan benda 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 kontrol adalah sebuah aplikasi yang dapat membuka aplikasi slicing,

mengatur pergerakan ketiga sumbu 3D Printer, mengatur dan memonitor suhu untuk

heat bed dan extruder, memulai, menjeda dan membatalkan perintah printing.

11

2.6 Filament Berbagai material untuk 3D printer dapat kita temukan di pasaran mulai yang

berbahan dasar plastik hingga logam. Untuk penelitian ini digunakan material PLA (

Polylactic Acid ) merupakan bahan standar yang "default" untuk banyak printer 3D

desktop dengan berbagai alasan yang bagus - PLA berguna dalam berbagai aplikasi

pencetakan, memiliki sifat baik tanpa bau, dan tidak memerlukan pritn bed yang

dipanaskan. Filamen PLA juga merupakan salah satu bahan printer 3D yang lebih

ramah lingkungan yang tersedia; Itu dibuat dari sumber daya terbarukan (tepung

jagung) dan membutuhkan lebih sedikit energi untuk diproses dibandingkan dengan

plastik tradisional (berbasis minyak bumi). Di luar pencetakan 3D, plastik PLA sering

digunakan dalam wadah makanan, seperti bungkus permen, dan implan medis

biodegradable, seperti jahitan. Filament PLA untuk 3D Printing tersedia dalam

berbagai ukuran dari 1.75mm hingga 3mm.

2.7 Printing dan Bed Temperatur Temperatur adalah bagian terpenting dalam proses printing di mana dalam penelitian ini di berikan suhu printing mulai dari 195 ℃ sesuai dengan spesifikasi material PLA. Gambar II.11 adalah tampilan LCD printer Secara umum, pengaturan filament PLA memiliki jangkauan pencetakan optimal dari sekitar 185C sampai sekitar 205C. Jika menggunakan diameter 1.75mm

Gambar II.11 Parameter temperatur printing dan print bed 2.8 Ketebalan Printing Ketebalan tinggi lapisan setiap penambahan material secara berturut-turut dalam pembuatan aditif atau proses pencetakan 3D di mana lapisan ditumpuk ( Gambar II.12) Ini adalah salah satu karakteristik teknis penting dari setiap printer 3D; Ketebalan lapisan pada dasarnya adalah resolusi sumbu z, yang merupakan sumbu vertikal. Ketebalan printing filament jenis PLA adalah 0.1 mm hingga 0.2 mm.

12

Gambar II.12 Ketebalan printing dan hasil print dengan noozle 0.4 mm suhu 190 ℃

2.9 Kecepatan Deposisi Adalah proses ekstrusi material dimana material diseleksi secara selektif melalui ujung atau lubang nozzel. Menurut geometri, orientasi manufaktur, strategi material dan bangunan. Gambar II.13 memperlihatkan kolerasi kecepatan printing dan deposisi material.

Gambar II.13 Kolerasi antara kecepatan printing dan deposisi filament. 2.10 Pola Printing Pola printing digunakan untuk menciptakan struktur yang kuat dan tahan lama di dalam cetakan. Ada beberapa pilihan pola infill yang berbeda, Beberapa pola popular adalah : Rectilinear, Octagram, Archimedian, Honeychomb dan Concentric. Gambar II.14 Jenis pola printing standart

Tipe Pola Gambar

Archimedian Chords

Rectiliniear

13

Honeycomb

Octagram

Concentric

www.packtpub.com

2.11 Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah salah satu dari displin ilmu teknik yang mempelajari cara

menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan menukarkan panas

di antara sistem fisik. Perpindahan panas diklasifikasikan menjadi konduktivitas

thermal, konveksi thermal, radiasi thermal, dan perpindahan panas

melalui perubahan fasa.

Konduksi panas adalah pertukaran mikroskopis langsung dari energi kinetik partikel

melalui batas antara dua sistem. Ketika suatu objek memiliki temperatur yang

berbeda dari benda atau lingkungan di sekitarnya, panas mengalir sehingga keduanya

memiliki temperatur yang sama pada suatu titik kesetimbangan thermal. Perpindahan

panas secara spontan terjadi dari tempat bertemperatur tinggi ke tempat

bertemperatur rendah, seperti yang dijelaskan oleh hukum kedua termodinamika.

Pada 3D printer dengan teknologi FDM ini di gunakan prinsip perpindahan panas

melalui perubahan fasa filament dari pada ke fase cair.

14

2.12 Defleksi dan Teknik Mengatasi Defleksi

Defleksi terjadi pada produk rapid prototyping di sebabkan oleh adanya perbedaan

temperatur pada tiap layer hasil printing, dimana layer pertama setelah di letakkan

akan segera turun temperaturnya ke suhu ruang, kemudian berlanjut pada layer ke

dua sehingga terjadi perbedaan temperatur antara layer n dan layer n+1 sampai

dengan layer selanjutnya hingga terjadi penumpukan kalor yang menyebabkan

terjadinya perbedaan temperatura antara lapisan teratas dan lapisan terbawah.

Pada studi literatur di temukan bahwa ada permasalah yang sama pada proses

injection modelling. Rapid prototyping dengan teknologi FDM memiliki kesamaan

dalam proses pengekstruksian material yang hampir mirip prosesnya. Dalam proses

injection modeling cacat produk salah satu penyebabnya adalah perbedaan

temperature pada proses pendinginan. Plastik pada bagian terluar mold akan tertarik

kedalam mold ke arak plastik yang lebih tinggi suhunya yang berada pada bagian

dalam mold. Berdasarkan hipotesa tersebut perlu adanya perlakuan khusus untuk

menghindari Defleksi pada layer layer bawah tersebut.

Umum di lakukan untuk mencegah defleksi adalah melakukan modifikasi dimensi

pada proses design produk dengan memprediksikan perubahan defleksi yang akan

terjadi pada produk akhir sehingga produk akhir bisa sesuai dengan ukuran yang di

kehendaki adalah memberikan Free-from deformation (FFD) atau Bebas dari

deformasi) adalah teknik geometris yang digunakan untuk model deformasi benda

kaku. Hal ini didasarkan pada gagasan melampirkan benda dalam kubus dan

transformasi, objek yang disematkan sebagai keseluruhan kubus mengalami defleksi.

Ketidaksamaan penyusutan selama proses solidifikasi pada 3D-printing Berakibat

pada beberapa bentuk distorsi. Defleksi ditentukan paling penting diperkenalkan dan

dijelaskan dengan fungsi matematis untuk mengembangkan metode untuk pra-

kompensasi berdasarkan pengalaman dari penyimpangan. Untuk tujuan ini faktor -

faktor yang mempengaruhi proses tersebut adalah relevan. Karena itu, dampak

modifikasi berdasarkan uraian metode matematis untuk menciptakan dan

mengkompensasi distorsi pada data STL dikembangkan untuk setiap efek. Sebagai

gantinya, faktor penskalaan untuk mengkompensasi efek ini harus dilakukan

ditemukan dalam pekerjaan lebih lanjut untuk memastikan akurasi ukuran maksimal.

15

BAB III

METODOLOGI

3.12 Metodologi Penelitian Dalam penelitian ini, penulis merakit dan menggunakan sebuah mesin rapid

prototyping open source dengan type Mendel dengan spesifikasi diameter filament

1.75 mm dan diameter noozle 0.40 dan material utama PLA ( Polylactic Acid ).

Dengan board type MKS V2.1 ( gabungan Arduino dengan RAMPS vr 1.4 ) pada

bagian board elektronik 3D Printer dan dipasang firmware Mendel (open-source)

sebagai sistem yang dapat mengatur sistem penggerak pada mesin rapid prototyping

dan Repetier-Host V1.6.2 sebagai perangkat lunak yang berfungsi mengkonversi file

.stl menjadi file G-code.

Secara umum metode penelitian akan meliputi langkah berikut ini :

Gambar III.1 Garis besar proses penelitian.

Model tiga dimensi dibuat di perangkat lunak 3D modeling seperti Solidworks atau

Catia dengan output STL file kemudian di konversi dengan Cura Engine menjadi file

G-code yang dapat di baca oleh firmware Mendel. G-code file yang berisi perintah

dan parameter X,Y,Z dan seluruh perimeter printing dan mengatur sistem

pergerakkan stepper motor printing hingga menghasilkan objek tiga dimensi. Di

lakukan kalibrasi dan analisa suhu yang di buat beberapa variasi dari hasil terbaik

untuk memperakurat penelitian. Pengiriman file G-code dari perangkat lunak

Repetier-Host V1.6.2 ke firmware Mendel dapat menggunakan memori SD-Card

ataupun connection langsung.

Alur proses pembuatan modeling dan pengkonversian dan pengukuran suhu serta

pengiriman data ke mesin rapid prototyping dan dapat di lihat dari flow chart berikut

ini :

Design Slice Kalibrasi

Print

16

Gambar III.2 Flowchart penelitian

3.2 Pembuatan dan Pengujian Modul Testing Plate Modul yang akan diuji berbentuk persegi panjang dengan ukuran sebagai berikut ( Gambar III.3 Modul base plate) : Panjang: 70 mm Lebar: 40 mm dan Tinggi : 4 mm.

Gambar III.3 Modul base plate

17

3.2.1 Pengujian Pada Variasi Pola Printing Pengujian di lakukan pada variasi pola top/bottom dan infill printing, variasi pola dapat lihat pada table III.1. Pola top/botton mengunakan 5 pola yang umum di gunakan, demikian juga pola infill mengunakan 5 pola umum dengan menggunakan perimeter printing yang dapat dilihat pada Tabel III.2 Parameter printing modul testing plate Tabel III. 1 Variasi pola Top/Bottom dan Infill untuk modul testing

Pola Top/Bottom

Infill

Concentric Rectilinear Octagram Honeychomb Archimedian Concentric Rectilinear Rectilinear Octagram Honeychomb Archimedian Concentric Octagram Rectilinear Octagram Honeychomb Archimedian Concentric Honeychomb Rectilinear Octagram Honeychomb Archimedian Concentric Archimedian Rectilinear Octagram Honeychomb Archimedian Concentric

Tabel III.2 Parameter printing modul testing plate

Ukuran (mm)

Print

temperature : ℃

Bed

Temperature :℃

Print Speed :

mm/min

Infill :

%

Travel

feed rate: mm/min

9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 30 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 40 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 45 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 50 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 55 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 60 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 65 55 80 % 4800 9 x 40x 2 ,tebal 4 mm, 6 mm 195 70 55 80 % 4800

3.2.2 Pengujian Pada Variasi Luas Base Plate Lanjutan pengujian adalah pembuatan modul pengujian dengan beda luas yang dapat di lihat pada gambar III.4. ditujukan untuk menganalisa apakah terjadi perubahan jika ada perbedaan luas area printing,

18

Gambar III.4 Layout modul testing plate dengan varian luas 3.2.3 Pengukuran Perubahan Suhu Print Bed Pengukuran tinggi h dengan alat Dial Indicator pada beda suhu print bed di mulai

dari 30 ℃ hingga 70 ℃ dengan rentang 5℃ dengan suhu ruang 29 ℃ hingga 30 ℃,

pada pengujian ini didapati lebih dari 1 modul hasil pengujian mengalami defleksi

dapat di lihat pada Gambar III.5 Pengujian menggunakan 2 pola dengan t terendah

dari hasil pengujian variasi pola dan suhu print bed.

Gambar III.5 Defleksi pada base plate

19

3.3 Desain Chamber Printing Printing chamber di desain dengan tujuan untuk melakukan pengujian pengaruh suhu ruang pada proses printing. Gambar III.6 adalah ilustrasi printing chamber dengan ukuran P: 550mm x L 450 mm x T 660 mm = 0.16 M³ dan material chamber terbuat dari Arcylic (Polymethyl methacrylate) dengan konvektivitas material = 0.19K( W/m.K).

Gambar III.6 Desain printing chamber

3.4 Pengujian dan Pengukuran Suhu Printing Pada Chamber Pada pengujian lanjut pada 2 pola dengan h terbaik dilakukan untuk mendapatkan

parameter suhu terbaik agar cacat defleksi produk dapat di hindari atau di minimalisir

di lakukan 2 pengujian pada chamber tanpa kontrol suhu dan kontrol suhu.

Pembacaan suhu chamber pada thermocouple dapat di lihat pada Gambar III.7.

Suhu pengujian di lakukan pada suhu ruang 29 ℃ dan 30 ℃ untuk chamber tanpa

kontrol suhu dan dimulai pada suhu 30℃ dengan rentang 10 ℃ hingga suhu

70℃. Pengukuran suhu rata rata ruang chamber dapat dicari dengan persamaan

3.1 dan 3.2

20

…………………. (3.1)

Jika di notasi sigma kan maka rumus di atas menjadi

………………………………… (3.2) Dimana : 𝑋�= rata-rata hitung xi = nilai sampel ke-ii n = jumlah sampel

Gambar III.7 Arduino sketch desk dan tampilan pembacaan sensor thermo couple

Thermometer yang digunakan adalah arduino board dengan thermocouple type K dengan board Max 6675 ( Gambar III.8 ) dan driver Adafruit , https://github.com/adafruit/MAX6675-library, suhu base plate dengan variasi suhu print bed dari 30 ℃ hingga 90 ℃ dengan jarak pengujian 10 ℃ dan pengiriman data dalam 0.5 detik

21

http://henrysbench.capnfatz.com

Gambar III.8 Rangkaian Arduino Mega dengan Max 6675 dan thermocouple type K 3.5 Pengukuran Gap Produk Testing Base Plate Cara pengukuran gap base plate dengan alat dial indicator dapat di lihat pada Gambar

III.5. Nilai tinggi gap ( h) dapat dicari dengan persamaan 3.2.

ℎ = ℎ𝑔 − 𝑡 . . . . . . . (3.2)

Dimana:

h: Gap atau jarak dari meja rata ke ujung paling bawah produk (mm)

hg: Jarak dari meja rata

t : Tebal base plate

Gambar III.5 Cara pengukuran gap produk baseplate Titik pengukuran produk benchmarking dapat dilihat pada Gambar III.6.

Pengukuran pada dimensi t,w,d, h menggunakan alat ukur Digital Caliper

22

Dimana:

t: thick atau tebal (mm) d: depth atau dalam (mm)

w: width atau lebar (mm)

Gambar III.6 Pengukuran modul base plate 3.6 Matrix Penelitian Berikut matrix penelitian pada karya tulis ini :

Tabel III.3 Matrix penelitian

METODE PENELITIAN

VARIABLE ALAT PENGUKURAN

HASIL PENELITIAN

Print pattern terbaik

Print pattern

Dial Indicator

Pattern rekomendasi

Efek suhu print bed Suhu Print bed Thermometer dan Dial Indicator

Suhu bed rekomendasi

Efek suhu ruang printing tanpa chamber

Suhu ruang Thermometer dan Dial Indicator

Suhu ruang rekomendasi

Efek suhu ruang printing dengan chamber

Suhu chamber Thermometer dan Dial Indicator

Suhu chamber rekomendasi

23

BAB IV

HASIL PENELITIAN

4.1 Hasil Pengukuran Testing Base Plate

Tabel IV.1 Menunjukan gambar hasil printing untuk pengujian tinggi gap average

base plate dengan variasi suhu print bed (Tb) dan dimensi: 70mm x 40mm x 4mm.

Pengujian dilakukan untuk 5 jenis pola top/bottom dan infill.

Tabel IV.1 Hasil pengukuran average tinggi gap pada modul base plate

Tipe Pola Gambar Average h ( mm)

Archimedean Chords

5.15

Rectiliniear

0.65

Honeycomb

2.31

Octagram

1.79

Concentric

0.77

24

Hasil pengukuran dapat di lihat pada Gambar IV.1 dimana menunjukan tinggi gap

(h) rata rata yang lebih rendah pada pola Rectiliniear dan Concentric dibandingkan

dengan lainnya yaitu 0.65 mm dan 0.77 mm dan tertinggi pada pola honeychomb 2.31

mm dengan Tb: 60 ℃, dari pengujian ini di dapat bahwa pola infill tidak

mempengaruhi tinggi h.

Gambar IV.1 Grafik hasil pengukuran tinggi h base plate dengan variasi pola printing.

4.2 Pengukuran Variasi Suhu Print Bed

Hasil pengukuran variasi suhu print bed Tabel IV.2 dengan 5 pola printing di dapat

tinggi gap (h) tidak stabil dan average h terendah pada suhu print bed suhu 50 ℃

dan 55 ℃ dengan pola Concentric dan Rectiliniear dan infill rectiliniear. Pada 2

pengujian di dapat 2 pola tersebut mempunyai hasil yang lebih baik maka untuk

pengujian selanjutnya pola printing yg di gunakan adalah pola Concentric dan

Rectiliniear dan pola infill yang sama. Dari studi literature pola Concentric

merupakan pola yang di rekomendasikan ( A Tosin, 2016 )

5,5

0,65

2,31 1,79

0,77

0

1

2

3

4

5

6

Archimedian Rectiliniear Honeycomb Octagram Concentric

h (m

m)

Pola Printing

25

Gambar IV.2 Grafik hasil pengukuran gap ( h ) average pada 5 pola

4.3 Pengukuran Modul Dengan Chamber Tanpa Kontrol Suhu Gambar IV.3 menunjukan hasil pengukuran tinggi gap base plate pada printing

dengan chamber tanpa kontrol suhu dengan pola concentric dan rectilinear. Printing

mengunakan chamber tertutup bertujuan untuk pengujian dan menganalisa apakah

tanpa kontrol suhu chamber memhasil tinggi h lebih baik. Hasil pengukuran

menunjukkan h average menjadi 0.26 mm

Gambar IV.3 Grafik tinggi h pada chamber tanpa kontrol suhu

00,10,20,30,40,50,60,70,8

30 40 45 50 55 60 65 70

Octagram Archimedian Concentric Rectiliniear Honeychomb

h (m

m)

T ( ℃ )

Lepas

0,27 0,30

0,28 0,24

0,22 0,25 0,26 0,27 0,27

0,30 0,26

0,28 0,25 0,24

0,26 0,28 0,27 0,27 0,28 0,28

0,20 0,23

0,26 0,26

0,000,050,100,150,200,250,300,350,40

30 40 45 50 55 60 65 70

Concentric 1 Concentric 2 Rectiliniear 1 Rectiliniear 2

h (m

m)

26

4.4 Pengukuran Modul Dengan Chamber dan Kontrol Suhu

Gambar IV.4 menunjukan hasil pengujian pada chamber kontrol suhu pada suhu 40

℃ atau diatas suhu ruangan yang berkisar 29℃-30℃.

Hasil pengujian di dapat bahwa tinggi gap relatif stabil dan tinggi h rata rata adalah

0.021 mm. Gambar IV.5 adalah letak thermocouple dan heater pada chamber, 2

thermocouple, (T1) di bawah print bed dan atas print bed ( T2) untuk mendapatkan

suhu rata rata dalam chamber dan heater di hentikan ketika mencapai suhu pengujian

dengan rentang ±5 ℃ dan di kontrol secara manual.

Gambar IV.4 Grafik tinggi h pada chamber dengan kontrol suhu

Gambar IV.5 Chamber dengan heater dan 2 sensor thermocouple

- 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0,022 0,024 0,026 0,028 0,030

30 35 40 45 50 55 65 70

Concentric 1 Concentric 2 Rectiliniear 1 Rectiliniear 2T ( ℃ )

h (m

m)

27

4.5 Perbandingan h Pada 3 Pengujian Gambar IV.6 hasil pengukuran perbandingan rata rata 3 hasil pengukuran pada suhu

Tb variasi, printing dengan chamber tanpa kontrol suhu dan printing dengan

chamber kontrol suhu. Didapatkan data bahwa hasil printing dengan mengunakan

chamber dengan kontrol suhu dengan suhu diatas 40 ℃ menghasilkan gap yg stabil

pada 0.02 mm hingga 0.025 mm.

Gambar IV.6 Grafik perbandingan tinggi h pada 3 pengujian.

4.6 Pengukuran h Pada Varian Beda Luas

Gambar IV.7 Menunjukan gambar pola base plate dengan varian luas area priting

pola printing atas dan bawah dengan pola Concentric, pengujian menggunakan

chamber tanpa kontrol suhu dan chamber dengan kontrol suhu, pengujian ditujukan

untuk menguji dan mengukur perbedaan yang terjadi pada luas modul dengan varian

luas area (A). Gambar IV.8 Hasil pengukuran tinggi h pada chamber dengan kontrol

suhu di 40 ℃ di dapat hasil pengukuran tinggi h yang terendah pada 0.06 mm dan

tertinggi pada 0.07 mm.

0,27 0,29 0,27 0,27 0,22 0,24 0,26 0,27

0,021 0,022 0,022 0,021 0,021 0,021 0,021 0,022 0

0,60 0,54

0,44 0,44

0,64 0,64 0,65

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

30 40 45 50 55 60 65 70

Chamber dengan suhu ruang Chamber dengan heater Tanpa Chamber

Lepas

T ( ℃ )

h (m

m)

28

Gambar IV.7 Pola base plate dengan varian luas area

Gambar IV.8 Grafik tinggi h pada base plate pada beda luas printing

4.7 Pengukuran Deformasi Base Plate

Di lakukan pengukuran pada hasil pengujian pada t ( Tinggi), d ( Lebar) and w (

Panjang ) untuk mendapatkan deformasi average pada ke 3 proses pengujian dan

pengaturan suhu chamber.

0,23 0,22 0,23 0,22 0,23

0,06 0,06 0,06 0,07 0,07

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

45 x 10 67 x 15 90 x 20 112 x 25 135 x 30

Average Chamber tanpa kontrol suhu Average chamber dengan kontrol suhu

h (m

m)

A (mm )

29

4.7.1 Pengukuran Deformasi Pada t ( Tinggi Base Plate ) Gambar IV.9 hasil pengukuran deformasi pada t ( tinggi ) base dengan dimensi base

plate : w: 90 mm x d:50 mm x t:5 mm, error deformasi terendah pada chamber

dengan kontrol suhu 0.8% pada suhu chamber 30℃.

Gambar IV.9 Grafik tinggi deformasi pada t pada varian pengujian

4.7.2 Pengukuran Deformasi Pada d ( Lebar Base Plate )

Gambar IV.10 Hasil pengukuran deformasi pada w ( lebar base plate ) di dapat error

dimensi terendah pada suhu chamber tanpa kontrol suhu dan kontrol suhu 30℃.

Gambar IV.10 Hasil pengukuran deformasi pada d ( lebar base plate )

8,0%

3,0% 0,8% -1,0% -2,0%

0

-20,0%

-15,0%

-10,0%

-5,0%

0,0%

5,0%

10,0%

NonChamber

Chambertanpa kontrol

Chamber kontrol suhu

(30 ℃)

Chamber kontrol suhu

(50 ℃ )

Chamber kontrol suhu

(60 ℃)

Chamber kontrol suhu

(70 ℃)

Pers

enta

se e

rror (

%)

error

Lepas

1,0% 0,6% 0,6% 0,8% 1,1% 0

-20,0%

-15,0%

-10,0%

-5,0%

0,0%

5,0%

NonChamber

Chambertanpa

kontrol

Chamber kontrol suhu

(30 ℃)

Chamber kontrol suhu

(50 ℃ )

Chamber kontrol suhu

(60 ℃)

Chamber kontrol suhu

(70 ℃)

Pers

enta

se e

rror (

%)

Error

Lepas

30

4.7.3 Pengukuran Deformasi Pada W ( Panjang Base Plate ) Gambar IV.11 Hasil pengukuran deformasi pada w ( lebar base plate ) di dapat error

dimensi terendah pada suhu chamber tanpa heater dan chambe tanpa heater ( 0.1%).

Gambar IV.11 Hasil pengukuran deformasi pada w ( lebar base plate )

4.7.4 Pengukuran Deformasi Average Base Plate Gambar IV.12 Deformasi average base plate terendah pada suhu kontrol 30 % ℃ dan

chamber tanpa kontrol. Pada chamber suhu kontrol di 50 ℃ keatas , ukuran t menjadi

minus di sebabkan oleh filament yang terlalu tinggi panasnya ketika diekstrude

melebihi titik cair filament hingga menghasilkan t yang lebih rendah.

Gambar IV.12 Grafik pengukuran deformasi average base plate

0,1% 0,1% -0,1% -1,1% -1,5% 0

-20,0%

-15,0%

-10,0%

-5,0%

0,0%

5,0%

NonChamber

Chambertanpa

kontrol

Chamber kontrol suhu

(30 ℃)

Chamber kontrol suhu

(50 ℃ )

Chamber kontrol suhu

(60 ℃)

Chamber kontrol suhu

(70 ℃)

Pers

enta

se e

rror (

%)

Error

Lepas

3,0% 1,2% 0,4%

-0,4% -0,8% 0,0%

-20,0%

-15,0%

-10,0%

-5,0%

0,0%

5,0%

Non Chamber Chamber tanpakontrol

Chamber kontrol suhu (30 ℃)

Chamber kontrol suhu (50 ℃ )

Chamber kontrol suhu (60 ℃)

Chamber kontrol suhu (70 ℃)

Deformasi Average

Pers

enta

se e

rror (

%)

Error

Lepas

31

BAB V

KESIMPULAN & SARAN

Pada penelitian ini 3D Printer RepRap dengan teknologi FDM dapat membuat

objek tiga-dimensi dengan tingkat error dimensi 0.4% yang ditentukan oleh

parameter suhu environment, suhu print bed, ketebalan lapisan, pola pencetakan.

Setelah dilakukan perbandingan, untuk material PLA parameter pola pencetakkan

terbaik adalah Rectiliniear dan Concentric pada top/bottom dan pola infill tidak

mempengaruhi hasil cetakkan. Di rekomendasikan proses printing berada dalam

ruang tertutup atau chamber dengan ventilasi yang baik untuk mendapatkan suhu

print bed yang stabil dan suhu minimal chamber adalah 30 ℃ hingga 45 ℃ untuk

menghindari shrinkage, deformasi dan defleksi yang menyebabkan hasil printing

lepas dari print bed. Suhu heat bed sebesar 50°C dan 60 °C merupakan rentang

temperatur terbaik pada proses printing. Material chamber printing rekomendasi

adalah Acrylic dengan dimensi P 550 mm x L 450 mm x T 660 mm atau 0.16

m³ dan tebal 2 mm, karena Acrylic mempunyai nilai konvektivitas suhu relatif

rendah 0.19 (W/m.k). Penelitian ini hanya menggunakan material filament

Polylactic Acid (PLA) dengan diameter 1.75mm dan nozzle dengan diameter 0.40

mm. Saran untuk penelitian lanjutan adalah membuat kontrol suhu otomatis pada

chamber printing agar suhu chamber juga dapat di kontrol dengan lebih baik.

32

DAFTAR PUSTAKA

[1] Huang, Y., Leu, M. C., Mazumder, J., & Donmez, A. (2015). Additive Manufacturing: Current State, Future Potential, Gaps and Needs, and Recommendations. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 137(1), 14001. [2] Kruth, J.-P., Leu, M. C., & Nakagawa, T. (1998). Progress in Additive Manufacturing and Rapid Prototyping. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 47(2), 525–540. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63240-5 [3] South African Journal of Industrial Engineering On-line version ISSN 2224-7890 Print version ISSN 1012-277X S. Afr. J. Ind. Eng. vol.25 n.2 Pretoria Aug. 2014 [4]Kok Kiong Tan, Sunan Huang ,“Geometrical error compensation of machines with significant random errors”, ISA Transactions, Volume 44, Issue 1, January 2005. [5]Wohlers, T. 2009. Wohlers Report 2009: Additive manufacturing and 3-D printing state of the industry, in Annual Worldwide Progress Report. Fort Collin: Wohlers Associates, Inc. [6]ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies 1,2 [7] ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies 1,2 [8] Guo, N., & Leu, M. C. (2013). Additive manufacturing: technology, applications and research needs. Frontiers of Mechanical Engineering, 8(3), 215–243. [9] Waterman, N. A., & Dickens, P. (1994). Rapid Product Development in the USA, Europe and Japan. World Class Design to Manufacture, 1(3), 27–36. [10] 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. [11] 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. [12] Giannatsis, J., & Dedoussis, V. (2009). Additive fabrication technologies to medicine and health care: A review. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 40(1–2), 116–127.

33

[13] 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. [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

[16] Onuh, S. O., & Yusuf, Y. Y. (1999). Rapid Prototyping Technology: Applications an Benefits for Rapid Product Development. Journal for Intelligent Manufacturing, 10, 301–311. [17] http://reprap.org/Mishra

[18] J. K., Kim I. & Ha C. S. Heat shrinkable behavior and mechanical response of a

low-density polyethylene/millable polyurethane/organoclay ternary nanocomposite.

Macromol. Rapid Commun. 25, 1851–1855 (2004).

[19] Campbell, T., C. Williams, O. Ivanova, and B. Garrett (2011). Could 3D

Printing Change the World? Technologies, Potential, and Implications of Additive

Manufacturing. Washington,

34

Tabel: II.1 Table Spesifikasi 3D printer

Dimension 30 x 30 x 50 cm

Weight 6.5 Kgs

Operating Temperature 10-30°C

Power requirement

Input Voltage 110/220 Volt

Input Current 1.5 A 50/60 Hz

Max Power 300 W

Average Power 60 W

Idle Power 10 W

Power Supply

Type Industrial power supply

Power 360 W

Input Voltage 110-220 V 50/60 Hz

Output Voltage 12 V

Output Current 20 A

Efficiency 84%

Printing

Technology FFF

Build Volume lebar print bed

Layer Thickness 1/2 nozzle size

Heat Bed Support Yes Aluminum Heat Bed 3 mm Yes

Safety Thermal Fuse > 140℃ N/A

Bed Insulation Yes

SSR (Solid State Relay) TBA

Heat Time PLA - 25 - 160 ℃ 5 Min

ABS - 25 - 210 ℃ 8 Min

Hot Ends Nozzle 03 MK8

Support Yes

Full metal Yes

Compatible nozzle size 0.3/0.4 mm

25-200 ℃ Heat time 1min49

Material 3 mm PLA support Yes

Software

Compatible slicer

Cura

Slic3r

Repetier

System Requirement Win 7 SP 1

Linux

Features

Input file form GCO

Support generation Yes

Rotate objects Yes

35

Scale object Yes

Duplicate objects Yes

Inspect layers Yes

Hardware

Firmware Mendel V1.1

Firmware features

Auto bed leveling No

Smoke detection No

Thermal runaway safety No

Virtual max end stops Yes

Chassis

Armature 30 x 30 mm Aluminum extrusion

Smooth Rods Steel rods Rust proof Chromed

Modular chassis Yes

Electronics

SD card printing Yes 20x4 LCD Display Yes USB Printing Yes Controller CPU Yes CPU speed 16 Mhz Stepper driver xxx CPU Type MKS V1.2 Type SCALAR M

36

Tabel II.2 Material propertise PLA

Physical Nominal Value Unit Test Method Specific Gravity -- 1,24

ASTM D792

73°F 1,24 to 1,26 g/cm³ ISO 1183 Melt Mass-Flow Rate (MFR)

210°C/2.16 kg 6,0 to 78 g/10 min ASTM D1238

190°C/2.16 kg 1,5 to 36 g/10 min ISO 1133 Molding Shrinkage Flow : 73°F 3,7E-3 to 4,1E-3 in/in ASTM D955 73°F 0,30 to 1,1 % ISO 294-4

Mechanical Nominal Value Unit Test Method Tensile Modulus

73°F 293000 to 514000 psi ASTM D638 73°F 45000 to 815000 psi ISO 527-2 Tensile Strength Yield, 73°F 8840 to 9500 psi ASTM D638 Yield, 73°F 2250 to 10400 psi ISO 527-2 Break, 73°F 7080 to 8150 psi ASTM D638 Break, 73°F 2000 to 10200 psi ISO 527-2 Yield, 73°F 9,8 to 10 % ASTM D638 Yield, 73°F 1,0 to 8,5 % ISO 527-2 Break, 73°F 0,50 to 9,2 % ASTM D638 Break, 73°F 1,0 to 12 % ISO 527-2 Flexural Modulus 73°F 347000 to 715000 psi ASTM D790 73°F 44200 to 1,38E+6 psi ISO 178 Flexural Strength 73°F 6950 to 16000 psi ASTM D790 73°F 1310 to 16100 psi ISO 178 Charpy Notched Impact Strength (73°F)

0,67 to 2,6 ft·lb/in² ISO 179

Charpy Unnotched Impact Strength (73°F)

4,0 to 11 ft·lb/in² ISO 179

Notched Izod Impact

37

73°F 0,30 to 0,88 ft·lb/in ASTM D256 73°F 1,6 to 3,0 ft·lb/in² ISO 180 Thermal Nominal Value Unit Test Method Deflection Temperature Under Load 66 psi, Unannealed 121 to 126 °F ASTM D648 66 psi, Unannealed 122 to 248 °F ISO 75-2/B 264 psi, Unannealed 118 to 122 °F ISO 75-2/A Glass Transition Temperature -- 134 to 136 °F ASTM E1356

-- 111 to 145 °F DSC

Vicat Softening Temperature 130 to 146 °F ISO 306 Melting Temperature 315 to 338 °F Peak Crystallization Temperature (DSC)

266 to 327 °F ASTM D3418

Injection Nominal Value Unit

Drying Temperature 113 to 172 °F Drying Time 2,9 to 6,0 hr Suggested Max Moisture 0,010 to 0,30 % Rear Temperature 302 to 365 °F Middle Temperature 338 to 410 °F