## Manutech :
Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 13, No. 01, (2021) p-ISSN: 2089-5550
e-ISSN : 2621-3397
Optimasi Parameter Proses pada 3D Printing FDM terhadap Akurasi Dimensi Filament PLA Food Grade (Malinda Christiliana)
Optimasi Parameter Proses pada 3D Printing FDM terhadap Akurasi Dimensi Filament PLA Food Grade
Malinda Christiliana 1 , Pristiansyah 2 , Yudi Oktriadi 3 1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung, Sungailiat Email: malinda2399@gmail.com

## Abstract
3D  printing  is  manufacturing  process  technology  that  is  widely  developed  to  make  a  rapid prototype according to the desired design, one of which is FDM (Fused Deposition Modeling) technology. The type of filament used in this study was filament Poly Lactic Acid (PLA)  food grade. This study aims to obtain optimal parameters for FDM 3D printing machines in terms of dimensional accuracy. The method used  in  this  process  parameter  optimization  research  is  the  Taguchi  L 27 OA  method.  The  process parameters used are nozzle temperature, layer thickness, print speed, infill rate, and temperature based plate. The results of research that have been conducted show the optimal process parameter values for dimensional accuracy of the specimen height was nozzle temperature (185 °C), layer thickness (0,20 mm), print speed (40 mm/s), infill rate (8 %), and temperature based plate (40 °C).
Keywords : 3D printing; FDM, PLA; parameter; accuracy; dimension

## Abstrak
3D printing adalah  teknologi  proses  manufaktur  yang  banyak  dikembangkan  untuk  membuat sebuah prototipe cepat sesuai dengan desain yang diinginkan, salah satunya yaitu teknologi FDM ( Fused Deposition Modelling ). Jenis filament yang digunakan dalam penelitian ini yaitu filament Poly Lactic Acid ( PLA) food grade. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan parameter optimal bagi mesin 3D printing FDM dalam hal akurasi dimensi. Metode yang digunakan dalam penelitian optimasi parameter proses ini yaitu metode Taguchi L 27 OA. Parameter proses yang digunakan yaitu nozzle temperature , layer thickness , print speed , infill rate , dan temperature based plate . Hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa  nilai  parameter  proses  optimal  untuk  tinggi  spesimen  yaitu nozzle  temperature (185  °C), layer thickness (0,20 mm), print speed (40 mm/s), infill rate (8 %), dan temperature based plate (40 °C).
Kata kunci : 3D printing ; FDM, PLA; parameter; akurasi; dimensi

## 1. PENDAHULUAN
Proses manufaktur sepanjang 50 tahun terakhir telah menyebabkan kemajuan yang pesat dan berkesinambungan  dalam  industri  manufaktur  [1],  salah  satu  proses  manufaktur  yang  mengalami kemajuan yang pesat yaitu teknologi 3D printing. Hadirnya teknologi 3D printing dalam dunia manufaktur membawa perubahan besar pada dunia, terutama di kalangan industri [2]. Salah satu penerapan dari 3D printing yaitu dengan membuat produk siap pakai. Proses pembuatan produk menggunakan 3D printing ini  masih  memiliki  kekurangan  dalam  segi  keakurasian  dimensinya.  Produk  yang  dihasilkan  dari pencetakan  3D printing ini  mengalami  pengurangan  atau  penambahan  ukuran  sehingga  belum  sesuai dengan desain yang diinginkan [3].
Beberapa penelitian mengenai parameter proses mesin 3D printing ini telah dilakukan oleh para peneliti. Penelitian tentang pengaruh parameter proses FDM terhadap kekuatan tarik dan akurasi dimensi menggunakan filament Nylon dan metode Taguchi L 9 OA menunjukkan bahwa layer thikness merupakan parameter  proses  yang  paling  berpengaruh  terhadap  karakteristik  respon  [4].  Parameter  proses  yang berpengaruh  secara  signifikan  terhadap setting optimal  mesin  3D  printer  FDM  adalah print  speed 60 mm/s, flowrate 6,28 mm 3 /s, dan temperature heater block 190 °C. Penelitian ini menggunakan metode Taguchi L 9 OA [5]. Penelitian tentang pengaruh parameter proses terhadap akurasi dimensi menggunakan filament PLA menunjukkan bahwa untuk mendapatkan akurasi dimensi yang baik diperlukan parameter proses extrusion temperature yang lebih rendah, layer thickness yang lebih kecil, infill percentage yang lebih rendah dan infill patter hexagonal [6].
Penelitian  akurasi  dimensi  dengan  spesimen  uji  berbentuk  kubus  menggunakan filament  Eflex dengan parameter proses flowrate, layer thickness, nozzle temperature, printing speed, overlap, dan fan speed menunjukkan bahwa layer thickness memiliki pengaruh yang dominan terhadap variabel respon [7].  Penerapan  metode Grey  Taguchi untuk  identifikasi  level  parameter  pencetakan  optimal  yang menghasilkan akurasi dimensi didapati hasil level parameter yang optimal yaitu number of cells 3, printing pattern Hexagonal dan infill rate 10 % [8].
Berdasarkan  penelitian-penelitian  yang  telah  dilakukan,  maka  penelitian  ini  dilakukan  untuk mengoptimalkan  parameter  proses  3D printing dengan  lima  variasi  parameter  proses  yaitu nozzle temperature, layer thickness, print speed, infill rate, dan temperature based plate dengan menggunakan metode Taguchi L 27 OA untuk mencetak produk menggunakan fiament PLA food grade dalam hal akurasi dimensi.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  parameter  proses  yang  optimal  bagi  mesin  3D printing FDM dalam hal akurasi dimensi dengan menggunakan filament PLA food grade .

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan bahan filament PLA food grade yang dimana filament ini berasal dari tanaman seperti tepung jagung, akar tapioka dan tebu. Filament ini mempunyai sifat yang dapat terurai secara hayati dan secara mekanis dapat didaur ulang. Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu metode eksperimen. Metode eksperimen digunakan untuk mendapatkan parameter proses yang optimal terhadap  keakurasian  dimensi  spesimen.  Tahapan  proses  penelitian  yang  akan  dilakukan  ditunjukkan dalam diagram alir pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 2.1. Penentuan Parameter Proses
Pemilihan parameter proses yang berupa faktor dan level eksperimen ditentukan berdasarkan studi pustaka. Parameter proses yang digunakan dalam penelitian ini yaitu nozzle temperature (°C), layer thickness (mm), print  speed (mm/s), infill  rate (%),  dan temperature  based  plate (°C).  Nilai  level  dan parameter proses yang diuji pada penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Nilai Level dan Parmeter Proses yang Diuji
Faktor Parameter Proses Level 1 2 3 A Nozzle Temperature (°C) 185 195 205 B Layer Thickness (mm) 0.15 0.20 0.25 C Print Speed (mm/s) 35 40 45 D Infill Rate (%) 8 10 12 E Temperature Based Plate (°C) 40 45 50
Setelah nilai level dan parameter proses ditentukan selanjutnya dilakukan pendesainan faktorial metode Taguchi L 27 orthogonal array (OA) menggunakan software. Hasil desain faktoral ini dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Desain Faktorial Penelitian L 27 OA Exp. Nozzle Temperature (°C) Layer Thickness (mm) Print Speed (mm/s) Infill Rate (%) Temprature Based Plate(°C) 1 185 0,15 35 8 40 2 185 0,15 35 8 45 3 185 0,15 35 8 50 4 185 0,20 40 10 40 5 185 0,20 40 10 45 6 185 0,20 40 10 50 7 185 0,25 45 12 40 8 185 0,25 45 12 45 9 185 0,25 45 12 50 10 195 0,15 40 12 40 11 195 0,15 40 12 45 12 195 0,15 40 12 50 13 195 0,20 45 8 40 14 195 0,20 45 8 45 15 195 0,20 45 8 50 16 195 0,25 35 10 40 17 195 0,25 35 10 45 18 195 0,25 35 10 50 19 205 0,15 45 10 40 20 205 0,15 45 10 45 21 205 0,15 45 10 50 22 205 0,20 35 12 40 23 205 0,20 35 12 45 24 205 0,20 35 12 50 25 205 0,25 40 8 40 26 205 0,25 40 8 45 27 205 0,25 40 8 50
Tabel  2  digunakan  untuk  mencetak  spesimen  uji  akurasi  dimensi.  Spesimen  ini  akan  dicetak dengan data awal 1 (satu) kali dan 2 (dua) kali replikasi setiap eksperimennya.

## 2.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu mesin 3D printing FDM DIY XYZ A1 180 mm × 180 mm × 180mm yang digunakan untuk mencetak spesimen uji, laptop dengan merk Toshiba yang digunakan untuk menjalankan software yang akan digunakan dalam penelitian, software slicer yang digunakan untuk mendapatkan G-code pada  mesin  3D printing, dan  jangka  sorong  dengan  kecermatan  0,01  mm  yang digunakan untuk mengukur spesimen uji. Serta bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu filament PLA food grade dengan diameter 1,75 mm.

## 2.3. Objek Penelitian
Objek penelitian yang dilakukan pada mesin 3D Printing FDM yaitu spesimen uji dengan dimensi objek ∅ 30mm  x  40mm  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Objek  penelitian  ini  didesain  dengan menggunakan software Computer Aided Design (CAD). Hasil desain objek penelitian ini disimpan dalam format STL (* .stl ) dan diolah dalam software slicing , untuk mengubah objek penelitian menjadi layer by layer dengan variasi faktor dan level untuk menghasilkan G-code .
Gambar 2. Dimensi dan Bentuk Spesimen Uji a. Dimensi Diameter Spesimen  b. Dimensi Tinggi Spesimen

## 2.4. Pengukuran Dimensi Produk
Spesimen  3D printing diukur  untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  dimensi  produk  yang  telah dicetak.  Pengukuran  dimensi  spesimen  ini  menggunakan  jangka  sorong  digital  dengan  kecermatan 0,01mm.  Dimensi  yang  diukur  yaitu  tinggi  spesimen.  Dimensi  specimen  ini  diukur  pada  tiga  titik  yang berbeda. Posisi pengukuran spesimen ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Posisi Pengukuran Dimensi Spesimen Tinggi

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dari proses pencetakan spesimen dengan data awal 1 (satu) kali dan 2 (dua) kali replikasi setiap eksperimennya menggunakan desain faktorial pada Tabel 2 ditunjukkan pada Gambar 4.
a. ) b. )
Gambar 4. Spesimen Hasil Pencetakan
Spesimen  dari  hasil  pencetakan  ini  diukur  akurasi  dimensi  tinggi  spesimennya  yaitu  40mm dengan posisi pengukuran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 menggunakan jangka sorong digital dengan  kecermatan  0,01mm  dan  hasil  pengukuran  dari  posisi  tersebut  kemudian  dirata-ratakan.  Hasil rata-rata pengukuran akurasi dimensi tinggi spesimen ditunjukkan pada Tabel 3. Nilai rata-rata pada Tabel 3 selanjutnya akan dimasukkan ke dalam software analisis untuk diolah.
Tabel 3. Hasil Pengukuran Tinggi Spesimen EXP Tinggi Data Awal Spesimen Replikasi 1 Spesimen Replikasi 2 Spesimen Rata-Rata 1 39,94 39,94 39,92 39,93 2 39,97 39,98 39,98 39,98 3 39,93 39,94 39,96 39,94 4 39,93 39,96 39,97 39,95 5 40,02 40,03 40,04 40,03 6 39,99 40,01 40,02 40,01 7 39,85 39,88 39,86 39,86 8 39,89 39,93 39,92 39,91 9 39,85 39,87 39,88 39,87 10 40,00 40,00 40,00 40,00 11 39,99 39,98 39,99 39,99 12 13 39,81 39,99 39,81 40,01 39,82 40,01 39,81 40,00 14 39,92 39,93 39,95 39,93 15 39,91 39,92 39,91 39,91 16 39,89 39,89 39,92 39,90 17 39,85 39,85 39,84 39,85 18 39,75 39,76 39,79 39,77 19 39,97 39,96 39,95 39,96 20 39,77 39,74 39,76 39,76 21 39,78 39,79 39,77 39,78 22 40,00 40,02 40,02 40,01 23 39,96 39,98 39,99 39,98 24 39,87 39,88 39,89 39,88 25 39,83 39,82 39,84 39,83 26 39,89 39,92 39,92 39,91 27 39,87 39,88 39,90 39,88
Pengolahan  data  hasil  pengujian  dilakukan  untuk  memperoleh  pengaturan  parameter  proses yang  optimal  dan  berpengaruh  terhadap  hasil  uji  akurasi  dimensi  menggunakan  metode Taguchi . Pengolahan  data  ini  menggunakan software analisis,  dimana  nilai  pada  Tabel  3  data  hasil  pengujian tersebut dimasukkan kedalam software analisis untuk mendapatkan nilai hasil respon Mean Plot dan S/N Ratio dengan kualitas “ Larger is Better ” karena semakin besar nilai yang dihasilkan menandakan akurasi dimensi yang dihasilkan semakin baik. Hasil perhitungan software analisis terhadap keakuratan dimensi tinggi spesimen dapat dilihat pada Gambar 5 dan Tabel 4 untuk hasil respon Mean Plot serta Gambar 6 dan Tabel 5 untuk hasil SN Ratio .
Gambar 5. Grafik Mean Plot Tinggi Spesimen
Tabel 4. Hasil Mean Plot Tinggi Spesimen Response Table for Means Level Nozzle Temperature (°C) Layer Thickness (mm) Print Speed (mm/s) Infill Rate (%) Temperature Based Plate (°C) 1 39,94 39,91 39,92 39,93 39,94 2 39,91 39,97 39,93 39,89 39,93 3 39,89 39,86 39,89 39,92 39,87 Delta 0,06 0,10 0,05 0,04 0,07 Rank 3 1 4 5 2
Gambar 6. Grafik S/N Ratio Tinggi Spesimen
Tabel 5. SN Ratio Tinggi Spesimen Response for S/N Ratio Level Nozzle Temperature (°C) Layer Thickness (mm) Print Speed (mm/s) Infill Rate (%) Temperature Based Plate (°C) 1 32,03 32,02 32,02 32,02 32,03 2 32,02 32,03 32,03 32,02 32,03 3 32,02 32,01 32,02 32,02 32,01 Delta 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 Rank 3 1 4 5 2
Berdasarkan  Gambar  6  dan  Tabel  5,  nilai  S/N Ratio dengan  kualitas  “ Larger  is  Better ” menunjukkan  bahwa  nilai  parameter  optimal  dan  berpengaruh  secara  berturut-turut  terhadap  akurasi dimensi  tinggi  spesimen  objek  cetak  yaitu layer  thickness (0,20  mm), temperature  based  plate (40  °C), nozzle temperature (185 °C), print speed (40 mm/s), dan infill rate (8 %).

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan hasil pengukuran tinggi spesimen objek cetak pada Tabel 3 serta hasil pengolahan data  dari software analisis  dapat disimpulkan  bahwa,  nilai  parameter  proses  optimal  untuk  akurasi dimensi  tinggi  spesimen  yaitu nozzle  temperature (185  °C), layer  thickness (0,20  mm), print  speed (40 mm/s), infill rate (8 %), dan temperature based plate (40 °C).
Untuk  penelitian  selanjutnya  dapat  menambahkan  atau  menggunakan  parameter  proses  lain serta level yang lebih banyak, karena dengan semakin banyak parameter serta level yang digunakan nilai parameter optimal terhadap akurasi dimensi yang didapati akan semakin baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Bert Lauwers, Fritz Klocke, Andreas Klink, A. Erman Tekkaya, Reimund Neugebauer, Don Mcintosh, 2014, " Hybrid Process in Manufacturing ", CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 63, pp. 561- 583.
[2]. Attaran, Mohsen, 2017, " The rise of 3-D printing:  The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturin". Business Horizons , Vol. 60, pp. 677-688.
[3]. Hasdiansah,  Masdani,  Indra  Feriadi,  Pristiansyah,  2020, "Optimasi  Parameter  Proses  Terhadap Akurasi Dimensi PLA Food Grade Menggunakan Metode Taguchi", Prosiding Seminar Nasional NCIET , Vol. 1, pp. 175-186.
[4]. C K Basavaraj, M Vishwas, 2016, " Studies on Effect of Fused Deposition Modelling Process Parameters on Ultimate Tensile Strength and Dimensional Accuracy of Nylon", IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering .
[5]. Anggit Prakasa, Setya Permana Sutisna, Anton Royanto Ahmad, 2018, " Penentuan Setting Optimal Mesin  3D  Printer  Berbasis  Fused  Deposition  Modelling  Menggunakan  Metode  Taguchi",  AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin , Vol. 4, no. 2, pp. 69-75.
[6]. Ala'aldin  Alafaghani,  Ala  Qattawi,  2018,  " Investigating  the  eﬀect  of  fused  deposition  modeling processing  parameters  using  Taguchi  design  of  experiment  method",  Journal  of  Manufacturing Processes , Vol. 36, pp. 164-174.
[7]. Pristiansyah, Hasdiansah, Sugiyarto, 2019, " Optimasi Parameter Proses 3D Printing FDM Terhadap Akurasi Dimensi Menggunakan Filament Eflex", Manutech: Jurnal Teknologi Manufaktur , Vol. 11, no. 01.
[8].  Kyriaki-Evangelia Aslani, Konstantinos Kitsakis, John D. Kechagias, Nikolaos M. Vaxevanidis, Dimitrios E. Manolakos, 2020, " On the application of grey Taguchi method for benchmarking the dimensional accuracy of the PLA fused filament fabrication process", SN Applied Sciences , Vol. 2, pp. 1-11.