## Pengaruh Kecepatan, Temperatur dan Infill Terhadap Kualitas dan Kekasaran Kotak Relay Lampu Sign Sepedamotor Hasil dari 3D Printing
Joy H Panjaitan 1 , Miduk Tampubolon 2 , Fiktor Sihombing 3 , Jamser Simanjuntak 3 1 Mahasiswa Prodi Teknik Mesin, Universitas HKBP Nommensen, Medan
2 Prodi Teknik Mesin, Universitas HKBP Nommensen, Medan
3 Prodi Teknik Elektro, Universitas HKBP Nommensen, Medan

## Abstract
3D printing technology has great potential in today's manufacturing world where one  of  its  uses  is  in  the  prototype  of  a  product.  One  of  the  most  famous  and inexpensive  3D  printing  technologies  is  the  Fused  Deposition  Modeling  (FDM) method. Many studies have been carried out using this FDM method. In this study, the printing of motorbike light relay boxes was carried out using the FDM  method  with  two  variations  of  speed,  temperature  and  infill  of  each  mass. 3D  Printing  uses  a  nozzle  diameter  of  0.4  mm  and  a  work  table  temperature  of 60oC and a height of 0.2 mm for each layer with support every where. From the research  results,  all  the  products  produced  have  a  rough  surface  with  a  level  of geometric accuracy  ranging from 0.91% for the length dimension and 7.73% for the width dimension of the product.
Keywords : 3D printing, speed, temperature, infill, roughness

## 1. PENDAHULUAN
Beragam  teknologi  muulai  dikembangkan  dalam  mendesain  dan  memproduksi suatu  produk  dan  menjadi  bagian  yang  sangat  penting  dalam  industri  manufaktur mengingat  begitu  ketatnya  persaingan  dan  cepatnya  inovasi-inovasi  yang  dikeluarkan oleh  produsen  untuk  mendapatkan  pasar  penjualan  [1].  Teknik  pencetakan  3D merupakan  salah  satu  perkembangan  teknologi  terkini  dalam  mengantisipasi  ketatnya persaingan  dan  cepatnya  inovasi-inovasi  produk  tersebut.    Umumnya  produk  tersebut selalu melalui proses pembuatan desain dan produk awal atau prototipe.
Dalam  pembuatan  prototipe  tersebut,  teknologi  pencetakan  3D  atau  3D  printing semakin  banyak  digunakan  saat  ini.  Salah  satu  keuntungan  utama  dari  3D  printing adalah  kemampuan  untuk  menghasilkan  bentuk  atau  geometri  yang  sangat  kompleks, dan  prasyarat  untuk  memproduksi  bagian  cetak  3D  adalah  model  3D  digital  atau file CAD.  Proses  3D  printing  yang  paling  umum  digunakan  adalah  teknik  ekstrusi  bahan yang  disebut fused  deposition  modeling (FDM)  [2]. Teknik  pencetakan  3D  ini memungkinkan  realisasi  fisik  model Computer  Aided  Design (CAD)  3D  dengan mengimplementasikan  penambahan  bahan  lapis  demi  lapis,  dengan  demikian menghasilkan  objek  fisik  3D  yang  memiliki  struktur  yang  sama  dengan  model  digital [3].
Parameter parameter yang umum digunakan dalam pencetakan 3D dengan metode FDM  ini  adalah  kecepatan  gerak  printer  untuk  membuat  pola  ( print  speed), ketebalan atau  ketinggian  atau  jarak per  layer ( layer  height), dan texsture plastik  cair  yang disebabkan  suhu  cetak  (printing  temperature)  dimana  suhu  cetak  ini  dipengaruhi  oleh suhu nozzle dan suhu landasan. Parameter parameter ini tidak memiliki nilai pasti dalam
pengerjaannya  sehingga  perlu  dicari  nilai  yang  sesuai  untuk  meperoleh  hasil  yang terbaik [4].
Beberapa  penelitian  terkait  pencetakan  3D  ini  telah  dilakukan  diantaranya penelitian  yang  dilaksanakan  oleh  Sobron  Lubis  untuk  mengetahui  pengaruh  posisi objek  dalam  pembuatan  protipe  cepat  (rapid  prototyping)  dengan  menggunakan  3D printing untuk bahan polymer PLA dan ABS terhadap kekuatan tarik maupun ketelitian dimensi  yang  dihasilkan  [5].  Sementara  itu  hamid  Abdillah  dan  Ulikaryani  mencoba mengamati penggunaan  3D printer FDM dalam mengatasi msalah pembuatan pola cor pada  industry  pengecoran  logam  [6].  Begitu  juga  dengan  Ikhwan  taufik  dkk  telah melakukan  penelitian  untuk  melihat  pengaruh  kecepatan  printing  terhadap  kekasaran permukaan  dengan  bahan  baku  pilamen  PLA  dan  specimen  berbentuk  kubus  [7]. Sementara  itu  Benny  dkk  telah  melakukan  penelitian  untuk  mengamati  pengaruh temperature nozzle dan meja landasan terhadap densitas dan kekasaran permukaan dari produk berbentuk kubus dengan bahan baku pilamen ABS [8].
Berdasarkan  hasil  peneltian  para  peneliti  sebelumnya,  peneliti  tertarik  untuk langsung membuat suatu produk jadi dengan menggunakan mesin 3D Printing dengan kategori Material  Extrusion dengan  jenis Fused  Deposition  Modeling  (FDM) dan berbahan  baku  pilamen Polylactic  Acid  (PLA) dengan  memvariasikan  kecepatan printing, temperature nozzle dan persentase material pengisi (infill).

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  akan  diamati  pengaruh  dari  kecepatan  printing,  suhu  nozzle  dan persentase material pengisi (infill) terhadap kualitas (dimensi) dan kekasaran dari kotak relay lampu sign sepedamotor yang dibuat, sebagaimana gambar 1 dan 2 berikut ini.
Gambar 1. Kotak Relay Lampu Sign Sepedamotor
Gambar 2. Desain Teknik Kotak Relay
Proses  manufaktur  printer  3D  tergantung  pada  settingan  pada  aplikasi  slicer. Setelah  format  file  yang  digambar    dibuat  ke  format  STL  atau  .stl.  Pada  printer  3D diperlukan setting parameter yang akurat, seperti pengaturan ketebalan dinding, pengisi, temperature  PLA,  temperature  meja  kerja,  kecepatan  printer,  support,  dan  lain-lain. Selain  parameter-parameter  tersebut  posisi  penempatan  objek  juga  sangat  berpengaruh dalam  keberhasilan  printer  dalam  membuat  produk,    karena  apabila  objek  yang  akan dicetak memiliki banyak sudut-sudut atau bagian yang menggantung maka dalam hal ini sangat  diperlukan  pengaturan support dalam  tahap slicing .  Dalam  hal  ini  penulis mengambil  posisi  horizontal,  dengan  posisi  seperti  ini  akan  menghasilkan  permukaan atas  3D  objek  yang  halus.  Posisi  ini  memerlukan  banyak  support  namun  hanya  mulai bagian  tengah  sampai  dasar  yang  memerlukan  support,  sehingga  bentuk    permukaan atas objek tidak akan dipengaruhi oleh support.
Parameter tetap yang digunakan adalah:
- Proses slicing menggunakan : ultimaker cura
- Diameter Nozzel : 0.4 mm
- Jenis filament : PLA
- Infil patrern : line (garis)
- Infil support : 15%
- Build plate temperature : 60 o
- Layer height : 0.2 mm
- Wall thickness : 0.8 mm Parameter tetap yang divariasikan adalah:
- Infil (pengisi) :  20% dan 30%
- Print speed : 100 mm/s dan 120 mm/s
- Printing temperature : 190 o C dan 200 o C Parameter yang akan diamati adalah :
- Dimensi akhir dari kotak relay
- Kekasaran  permukaan  dari  kotak  relay  diukur  dengan  menggunakan surface roughness  tester  Mitutoyo  SURFTEST  SJ-210 sepanjang  keempat  garis  seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Posisi garis pengukuran kekasaran permukaan pada setiap percobaan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Proses Manufaktur
Spesimen I
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 30%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2,73 m
- Print speed : 100 mm/s
- Printing temperature : 190 o C
- Panjang: 33 mm
- Lebar: 22 mm
- Tebal : 1.88 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  specimen  I  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen pertama adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 10,605 µm, Gambar 4.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 16,868  µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 13,381 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 13,677 µm.
Gambar 4. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 10,605 µm) pada spesimen I
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen  I  adalah Ra  =  13,633  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1 berikut.
Tabel 1. Angka kekasaran permukaan dan sifatnya
No ISO Number Mean Raughness (Ra ; µm) Keterangan 1 N12 50.0 Sangat Kasar 2 N11 25.0 3 N10 12.5 Kasar 4 N9 6.3 5 N8 3.2 Normal 6 N7 1.6 7 N6 0.8 8 N5 0.4 Halus 9 N4 0.2 10 N3 0.1 Sangat halus 11 N2 0.05 12 N1 0.025

## Spesimen II
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 30%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 100 mm/s
- Printing temperature : 200 o
- Panjang: 33 mm
- Lebar : 22 mm
- Tebal : 1.72 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  specimen  II  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen kedua adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 21,845 µm, Gambar 5.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 17,362  µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 19,800 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 19,804 µm.
Gambar 5. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 21,845 µm) pada spesimen II
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen II adalah Ra  =  19,703  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen III
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 20%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73m
- Print speed :100 mm/s
- Printing temperature : 190 o
- Panjang: 33 mm
- Lebar: 22 mm
- Tebal : 1.62 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  spesimen  III  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen ketiga adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 15,902 µm, Gambar 6.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 11,966  µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 12,162 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 12,150 µm.
Gambar 6. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 15,902 µm) pada spesimen III
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen III adalah Ra  =  13,045  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen IV
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 20%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 100 mm/s
- Printing temperature : 200 o
- Panjang: 33 mm
- Lebar: 22 mm
- Tebal : 1.68 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  spesimen  IV  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen keempat adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 21,508 µm, Gambar 7.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 21,452  µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 16,594 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 18,858 µm.
Gambar 7. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 21,508 µm) pada spesimen IV
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen IV adalah Ra  =  19,626  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen V
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 30%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 120 mm/s
- Printing temperature : 190 o
- Build plate temperature : 60 o
- Panjang: 33 mm
- Lebar: 22 mm
- Tebal : 1.68 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  spesimen  V  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen kelima adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 12,109 µm, Gambar 8.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 12,594 µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 14,271 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 13,920 µm.
Gambar 8. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 12,109 µm) pada spesimen V
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen V adalah Ra  =  13,224  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen VI
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 30%
- Waktu Print pada software repetier host : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 120 mm/s
- Printing temperature : 200 o
- Panjang: 33 mm
- Lebar: 22 mm
- Tebal : 1.69 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  spesimen  VI  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen keenam adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 18,644 µm, Gambar 9.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 14,866 µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 16,130 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 14,866 µm.
Gambar 9. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 18,644 µm) pada spesimen VI
Sehingga rata-rata kekasaran permukaan hasil pencetakan 3D untuk spesimen VI adalah Ra  =  16,127  µm,  yang  berarti  hasil  permukaan  yang  dicetak  dengan  3D  printer  ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen VII
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 20%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 120 mm/s
- Printing temperature : 190 o
- Panjang : 33 mm
- Lebar : 22 mm
- Tebal : 1.67 mm
Dari  hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  untuk  spesimen  VII  sebanyak  empat  kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen ketujuh adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 15,455 µm, Gambar 10.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 15,399 µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 17,164 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 16,735 µm.
Gambar 10. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 15,445 µm) pada spesimen VII
Sehingga  rata-rata  kekasaran  permukaan  hasil  pencetakan  3D  untuk  spesimen  VII adalah Ra = 16,188 µm, yang berarti hasil permukaan  yang dicetak dengan 3D printer ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## Spesimen VIII
Parameter yang divariasikan dan diamati adalah sebagai berikut :
- Infil (pengisi) : 20%
- Waktu Print pada software ultimaker cura : 27 menit
- Panjang PLA yang dibutuhkan dalam proses manufaktur : 2.73 m
- Print speed : 120 mm/s
- Printing temperature : 200 o
- Panjang : 33 mm
- Lebar : 22 mm
- Tebal : 1.70 mm
Dari hasil pengukuran kekasaran permukaan untuk spesimen VIII sebanyak empat kali pengukuran seperti pada gambar 3, diperoleh rata-rata kekasaran untuk masing-masing pengukuran dan spesimen kedelapan adalah :
1. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 1 adalah Ra = 12,463 µm, Gambar 11.
2. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 2 adalah Ra = 13,046 µm.
3. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 3 adalah Ra = 8,260 µm.
4. Rata-rata kekasaran pada pengukuran di garis 4 adalah Ra = 11,392 µm.
Gambar 11. Grafik rata-rata kekasaran  pada pengukuran di garis 1 (Ra = 12,463 µm) pada spesimen VIII
Sehingga  rata-rata  kekasaran  permukaan  hasil  pencetakan  3D  untuk  spesimen  VII adalah Ra = 11,290 µm, yang berarti hasil permukaan  yang dicetak dengan 3D printer ini termasuk permukaan kasar sebagaimana pada tabel 1.

## 4. KESIMPULAN
Dari  serangkaian  percobaan  dan  pengujian  pada  proses  pencetakan  lampu  sign  sepeda motor  dengan  menggunakan  3D  Printer  dan  filament  PLA  dengan  beberapa  variable diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
- Seluruh produk hasil pencetakan memiliki sifat permukaan yang kasar
- Kecepatan  pencetakan  dan  temperature  nozel  semakin  tinggi  serta  persentase infill yang lebih rendahh akan menghasilkan kualitas produk yang lebih baik dan kekasaran yang lebih rendah/halus.
- Tingkat  ketelitian  geometri  berkisar  antara  0,91%  untuk  dimensi  panjang  dan 7,73% untuk dimensi lebar dari produk.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Wohlers TT, “Wohlers report 2014: additive manufacturing and 3D printing state of the industry: annual worldwide progress report”, Fort Collins, Wohlers Associates, 2014.
[2]. Wandro  J.  Siregar,  Richard  A.  M.  Napitupulu,  Parulian  Siagian,  “Desain  dan manufaktur  model  piston  Jupiter  MX  135  cc  dengan  menggunakan  3D  printer”, SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020.
[3]. Franando,  Ahmad  Zamheri,  Fatahul  Arifin,  “Studi  pembuatan  bagian  alat rehabilitasi  penderita  stroke  dengan  pendeekatan  metode  Taguchi”,  Machinery Jurnal Teknologi Terapan Vol.1 No.1, Agustus 2020.
[4]. Andik  Aris  Setiawan,  Bayu  Wiro  Karuniawan,  Nurvita  Arumsari,  “Optimasi parameter  3D printing terhadap  keakuratan  dimensi  dan  kekasaran  permukaan produk  menggunakan  metode Taguchi  Grey  Relational  Analysis”, Proceedings conference  on  design  manufacture  engineering  and  its  application,  Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Desember 2018.
[5]. Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Yolanda, “Pengaruh orientasi objek pada proses 3D Printing  bahan  polymer  PLA  dan  ABS  terhadap  kekuatan  tarik  dan  ketelitian dimensi produk”, SINERGI Vol. 20, No. 1, Februari 2016.
[6]. Hamid Abdillah, Ulikaryani, “Aplikasi 3D Printer Fused Deposite Material (FDM) pada pembuatan pola cor”,  SINTEK JURNAL, Vol. 13 No. 2, Desember 2019.
[7]. Ikhwan  Taufik,  Herru  Santosa  Budiono,  Herianto,  Deni  Andriyansyah,  “Pengaruh printing speed terhadap tingkat kekasaran permukaan hasil additive manufacturing dengan Polylactic Acid filament”,  Journal of Mechanical Engineering, Vol. 4, No. 2, September 2020
[8]. Benny  Haddli  Irawan,  Rahman  Hakim,  Hanifah  Widiastuti,  Domi  Kamsyah1, Bambang  Sahputra,    “Pengaruh  temperature  nozzle  dan  base  plate  pada  mesin Leapfrog Creatr 3D Printer terhadap density dan surface roughness material ABS”, Jurnal Teknologi dan Riset Terapan (JATRA) Volume 1, Nomor 1 (Juni 2019)