Pengaruh variasi undercut maddock mixer pada mesin ekstrusi filamen cetak 3d dari bahan plastik daur ulang
Imam Muhsin Natsir 1 , Djoko Kuswanto 2 , Achmad Syaifudin 1
1 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Rekayasa Sistem, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
2 Departemen Desain Produk Industri, Fakultas Desain Kreatif dan Bisnis Digital, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Raya ITS, Keputih, Kecamatan Sukolilo, Surabaya, Jawa Timur 60111
Email korespondensi: saifudin@me.its.ac.id

## Abstrak
Proses  ekstrusi  filamen  cetak  tiga  dimensi  (3D  printer  filament)  dari  bahan  plastik  daur  ulang  memiliki berbagai  tantangan  dalam  upaya  menghasilkan  filamen  yang  berkualitas.  Salah  satu  faktor  penting  yang berpengaruh terhadap kualitas filamen adalah toleransi variasi diameter berada dalam batasan ± 0,05 mm. Untuk dapat  menghasilkan  filamen  dengan  toleransi  tersebut,  diperlukan  konsistensi  proses  ekstrusi  yang  baik. Komponen mesin ekstrusi yang paling berpengaruh terhadap proses ini adalah bagian screw. Pada kajian ini, dilakukan  modifikasi  desain  screw  dari  mesin  ekstrusi  filamen  untuk  mengatasi  fluktuasi  diameter  filamen. Material  polimer  dari  bahan  plastik  daur  ulang  yang  digunakan  pada  proses  produksi  filamen  ini  adalah polipropilena (PP). Mula-mula dilakukan pengamatan terhadap suhu, arus listrik motor penggerak, kecepatan putaran  screw  pada  proses  produksi  filamen  untuk  mengetahui  fluktuasi  sistemik  akibat  fenomena  surging. Pengukuran diameter filamen dilakukan secara langsung menggunakan jangka sorong dan pengamatan secara makro  juga  dilakukan  untuk  mencapai  cacat  yang  muncul.  Untuk  mengatasi  fluktuasi  filamen  akibat ketidaksempurnaan  proses  mixing,  diberikan  penambahan  Maddock  mixer  pada  screw  dengan  memodifikasi kedalaman undercut dari Maddock mixer. Variasi kedalaman undercut adalah 0,1 mm (0,04D), 0,5 mm (0,02D), dan 1,2 mm (0,47D). Kajian ini menunjukkan bahwa modifikasi kedalaman undercut pada Maddock mixer tidak mengakibatkan perbaikan kualitas diameter filamen yang dihasilkan. Sementara itu, variasi kedalaman undercut dari Maddock mixer mempengaruhi kapasitas ekstrusi pada mesin.
Kata kunci: ekstrusi, filamen, screw, surging, maddock mixer, undercut.

## Abstract
The extrusion process of 3D printer filament from recycled plastics has various challenges to produce quality filaments. One of the important factors affecting the filament quality is the diameter tolerance of the extruded filament, which should be within the range of ± 0.05 mm. To achieve that quality, good consistency of the extrusion process is required. The most influential component of the extrusion machine is the screw. In this study, the screw was modified to overcome the fluctuation problem in filament diameter. The material used was polypropylene (PP) that comes from recycled plastics. The temperature, electric current of the motor, and screw rotation speed were  observed  to  determine  systemic  fluctuations  due  to  the  surging  phenomenon.  The filament  diameter  was measured directly using  a vernier caliper and observed to seek defects in macro-scale.  To overcome filament fluctuations  due  to  imperfection  in  the  mixing  process,  the  screw  was  modified  by  adding  a  Maddock  mixer. Furthermore, the undercut depth of Maddock mixer had been varied into three different depth level, i.e. 0.1 mm (0.04D), 0.5 mm (0.02D), and 1.2 mm (0.47D). This research showed that the modification of undercut depth on the Maddock mixer did not improve the quality of filament diameter produced. Meanwhile, the undercut depth variations on the Maddock mixer affected the capacity of extrusion.
Keywords: extrusion, filament, screw, surging, maddock mixer, undercut.

## 1. Pendahuluan
Pada beberapa dekade terakhir, sampah plastik telah menjadi permasalahan serius karena limbahnya yang berbahaya  dan  tidak  dapat  diuraikan  dalam  waktu singkat  [1,  2].  Untuk  mengurangi  limbah  plastik, produk berbahan plastik dapat didaur ulang menjadi bentuk filamen sebagai bahan utama teknologi cetak 3 dimensi (3D) [3]. Studi terhadap daur ulang plastik menjadi  filamen  cetak  3D  telah  banyak  dilakukan, diantaranya  oleh  Raza  dan  Singh  [9].  Mereka mendaur  ulang  plastik  yang  terbuat  dari Polylactic
Acid (PLA),  karena bio-degradable dan  merupakan polimer  transparan  yang  berasal  dari  sumber  daya terbarukan.  Material  PLA  ini  didaur  ulang  menjadi filamen  dengan  ketebalan  tertentu  untuk  digunakan kembali  sebagai  bahan  filamen  cetak  3D.  Bahan material  PLA  dihancurkan  menggunakan shredder menjadi  potongan  berukuran  kecil,  kemudian dimasukkan ke dalam mesin extruder . Mesin extruder melanjutkan  proses  dengan  variasi  temperatur  dan kecepatan  ekstrusi  untuk  mendapatkan  dimensi filamen yang diinginkan. Hasil pengujian
menunjukkan  bahwa  variasi  kecepatan  ekstrusi  dan temperatur  memberikan  pengaruh  yang  signifikan pada ketebalan filamen [9].
Sementara itu, untuk mendapatkan hasil ekstrusi yang lebih  baik,  Herianto  dkk.  telah  melakukan  optimasi proses  ekstrusi  dalam  proses  daur  ulang  filamen plastik  ( polypropylene )  dengan  mengaplikasikan parameter berupa kecepatan spooler 4 rpm, kecepatan ekstrusi  40  rpm,  dan  temperatur  ekstrusi  200 o C. Proses  ekstrusi  dianalisis  menggunakan  metode Taguchi  dan  ANOVA,  yang  mana  hasilnya menunjukkan  bahwa  proses  ekstrusi  dengan menerapkan  parameter-parameter  tersebut  mampu memproduksi  rata-rata diameter  filamen  sebesar 1,6 mm [10]. Cara perbaikan lain ditempuh oleh Sun dkk., yakni  dengan  melakukan  optimasi  desain Maddock mixer [11].  Studi  mereka  menggunakan  desain Maddock  mixer tipe straight  flute untuk  dioptimasi, kemudian  dibandingkan  dengan  tipe spiral  flute . Variasi  desain Maddock  mixer dirancang  dengan kedalaman flute yang  besar,  sehingga  mampu menciptakan flute yang  akan  menyebabkan  resin stagnan  dan  terdegradasi , seperti  ditunjukkan  dalam Gambar  1 . Desain Mad-dock  mixer tersebut  telah dioptimasi  sehingga  mampu  menghasilkan  proses mixing yang baik. Dalam studi tersebut, simulasi juga dilakukan  untuk  menguji  performa Maddock  mixer yang dirancang dengan menggunakan metode passive scalar tracking seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 1. Desain maddock mixer [11].
Filamen  cetak  3D  ini  diproduksi  dengan menggunakan  mesin  ekstruder.  Proses  produksi filamen  pada  umumnya  dimulai  dari  proses pemanasan,  ekstrusi,  hingga  pendinginan  sehingga biji plastik berubah menjadi filamen yang diinginkan. Diameter  filamen  tidak  tergantung  pada  besar diameter nozzle extruder , melainkan tergantung pada proses  pendinginan  setelah  proses  termoplastik. Sebelum  filamen  diekstrusi,  biji-biji  plastik  perlu dipanaskan  pada  suhu  60  hingga  80 o C  untuk menghilangkan  kelembaban.  Setelah  pemanas mencapai  suhu  yang  diinginkan,  motor  ekstrusi dinyalakan, sehingga screw berputar dan mendorong biji plastik keluar ekstruder [4].
Gambar 2. Metode passive scalar tracking [11].
Pada  proses  produksi  filamen  cetak  3D  dari polipropilena  (PP),  sering  terjadi  fluktuasi  diameter filamen. Inkonsistensi diameter filamen dapat terjadi karena fenomena surging dan faktor eksternal proses ekstrusi. Surging adalah  fenomena  berupa  fluktuasi nilai  tekanan  leleh  dan  debit  pada  ekstruder  dengan periode 1 detik hingga 60 menit. Fenomena surging sendiri terjadi karena variasi feedstock , kontrol mesin, geometri screw ,  suhu  mesin,  ketidaksempurnaan pelelehan, ketidaksesuaian pelelehan dan pemompaan [5,  6].  Peneliti  lain  mengungkapkan  bahwa surging disebabkan oleh kondisi tidak steady yang merupakan kombinasi antara proses mekanis, termodinamis dan hidrodinamis  [7].  Sementara  faktor  eksternal  yang dapat menyebabkan fluktuasi diameter filamen antara lain fluktuasi kecepatan penarik ( filament puller ) dan fluktuasi media pendingin [8]. Pada proses produksi filamen dari plastik daur ulang dengan mesin Extruder D29,  saat  ini  masih  mengalami  kendala surging . Fenomena  ini  dapat  dideteksi  dengan  memantau besarnya  tekanan  leleh  pada  ujung screw di  dalam cetakan menggunakan transducer tekanan
berkecepatan tinggi. Selain itu, fenomena ini bisa juga dideteksi  dengan  mengukur  besaran  fluktuasi extrudate atau  produk  secara  langsung.  Fenomena surging pada proses produksi dengan mesin Extruder
D29  dapat  diketahui  melalui  evaluasi  fluktuasi diameter filamen seperti pada Gambar 3, yang mana menunjukkan  diameter  sampel  filamen  sepanjang  1 meter  yang  dihasilkan  oleh  Extruder  D29.  Terlihat bahwa  filamen  yang  diproduksi  Extruder  D29 mengalami  dua  jenis  fluktuasi  diameter.  Fluktuasi pertama merupakan fluktuasi diameter bersifat mikro dengan range ± 0,1 mm dan terjadi sepanjang filamen (ditunjukkan oleh lingkaran B dan C). Sementara itu, fluktuasi  kedua  merupakan  fluktuasi  diameter  yang bersifat lokal (titik) berupa benjolan dengan diameter mencapai 2 mm (ditunjukkan oleh lingkaran A) yang disebabkan  karena  kurangnya  proses dispersive mixing pada ekstruder [8]. Untuk dapat menghasilkan filamen  dengan  kualitas  yang  baik,  desain  Extruder D29  ini  masih  membutuhkan  beberapa  perbaikan. Tujuan  dari  kajian  ini  adalah  memodifikasi screw , sebagai  komponen  utama  proses  ekstrusi,  guna mencapai  kesempurnaan  proses  ekstrusi.  Studi eksperimen lebih lanjut dibutuhkan guna membuktikan  dampak  dari  modifikasi screw yang dilakukan.

## 2. Metode
Extruder  screw merupakan  komponen  utama  pada sebuah  mesin  ekstrusi.  Dimensi screw sangat  ber- pengaruh  terhadap  kualitas  proses  ekstrusi.  Secara geometris, komponen screw dari mesin ekstrusi dapat digambarkan  pada  Gambar  4,  yang  mana  memiliki tiga  bagian  yaitu feed , compression/transition dan metering . Bagian feed dan metering berbentuk shaft berpilin dengan diameter konstan. Sementara, bagian compression memiliki shaft yang  berbentuk taper (membesar). Screw pada  ekstruder  memiliki  tiga fungsi  utama,  yaitu conveying,  melting dan compressing .  Sebanyak  70%  proses melting disebabkan  oleh  gesekan screw  extruder dengan material polimer.
Gambar 4. Pembagian zona pada screw [12].
Pada mesin ekstrusi yang diteliti, jenis extruder screw yang digunakan adalah Extruder D29. Extruder D29 adalah mesin ekstrusi dengan tipe conventional single screw  extruder .  Diameter screw pada  Extruder  D29 sebesar  29  mm,  dengan  panjang  sebesar  496  mm. Secara umum spesifikasi extruder D29 dapat  dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Extruder D29 Parameter Nilai Motor power 0,5 HP Max. Motor speed 1375 rpm Gearbox ratio 20 : 1 Screw diameter ( D ) 29 mm Feed sec. diameter 16 mm Metering sec. diameter 25,5 mm Screw length ( L ) 496 mm (17 D) Feed sec. length 190 mm (6,5 D) Compression sec. length 151 mm (5,2 D) Metering sec. length 151 mm (5,2 D) Helix angle ( φ ) 9,35 o
Pitch length ( p ) 15 mm Lead ( l ) 15 mm
Flight width ( W f ) 3 mm (0,1 D)
Channel depth ( feed sec. ) ( H f ) 6,5 mm
Channel depth ( meter sec. ) ( H m ) 1,75 mm
Compression ratio ( R c ) 3,7 : 1
Dalam  kajian  ini,  dipilih  metode  penambahan Maddock mixer dengan modifikasi variasi kedalaman undercut ,  untuk  memperbaiki  fluktuasi  diameter filamen  hasil  ekstrusi. Maddock  mixer merupakan salah  satu  jenis  pencampur  yang  banyak  digunakan pada single screw extruder . Maddock mixer pertama kali diciptakan oleh Gene LeRoy di pusat penelitian Union  Carbide  Corporation  (UCC),  Virginia  Barat
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 100 200 300
400 500 600 700 800 900 1000 D ia m et er ( m m ) Posisi (mm) A B C
Gambar 3. Fluktuasi diameter pada sampel filamen Extruder D29 [5].
pada  tahun  1969.  Kemudian  Bruce  Maddock menyempurnakan  desainnya  pada  tahun  1973  dan mengomersialkannya. Maddock  mixer berbentuk saluran ( flute ) dalam arah aksial terhadap screw yang terdiri dari saluran masuk ( in flute ) dan saluran keluar ( out  flute ).  Kedua  saluran  tersebut  dihubungkan melalui pemotongan dinding diantara keduanya yang biasa  disebut clearence/undercut .  Skema  bagian Maddock mixer dapat dilihat pada Gambar 5.
Sun dkk. mengindikasikan bahwa parameter maddock mixer yang  paling  berpengaruh  terhadap  kualitas mixing ,  temperatur  dan  tekanan  adalah  kedalaman undercut . Semakin dalam undercut yang dibuat, maka temperatur  pada  bagian metering akan  semakin rendah  dan  tekanannya  semakin  tinggi.  Kajian  oleh Sun  dkk.  juga  menyatakan  bahwa  lebar  dan kedalaman flute merupakan  parameter  yang  saling berkaitan, dengan besar rasio yang disarankan adalah 0,5 [11].
(a) (b)
Gambar 5. Geometri maddock mixer a) pandangan isometrik dan b) desain maddock mixer [11].
Gambar 5 juga menunjukkan desain Maddock mixer dengan  tipe straight  flute memiliki  jumlah flute sebanyak  8  buah,  kedalaman flute 3,5  mm  (0,14D), lebar flute 7 mm (0,27D) dan panjang mixer 71 mm (2,8D). Maddock  mixer ini  memiliki  variasi kedalaman clearence/undercut , yang  deskripsinya dapat dimengerti dengan mudah melalui Gambar 6.
Gambar 6. Bagian undercut pada maddock mixer.
Gambar 6 menunjukkan pandangan tiga dimensi dari Maddock mixer dengan variasi kedalaman clearence/undercut yang terdiri dari 0,1 mm (0,4D), 0,5 mm (2D), dan 1,2 mm (4,7D). Tiga variasi nilai kedalaman undercut didapatkan melalui penggeseran dari nilai yang disarankan dalam kajian oleh Sun dkk. Penggeseran dapat dilakukan pada sekitar nilai yang disarankan  oleh  Sun  dkk.,  baik  diperkecil  maupun diperbesar  [11].  Dalam  kajian  ini, Maddock  mixer yang  digunakan  memiliki  dimensi  yang  lebih  kecil dibandingkan  dengan Maddock  mixer pada  kajian oleh  Sun  dkk.  Oleh  karena  itu,  variasi  kedalaman undercut  hanya  berkisar  antara  0,1-1,2  mm. Perbedaan  selisih  antara  ketiga  level  kedalaman undercut disebabkan karena ketersediaan tooling pada proses  pembuatan Maddock  mixer .  Geometri Maddock  Mixer dan screw yang  digunakan  pada kajian ini dapat dilihat pada Gambar 7.
Screw hasil  modifikasi  pada  Gambar  7(a)  dipasang dalam eksperimen, kemudian data proses eksperimen dibandingkan dengan data proses sebelum dilakukan modifikasi.  Selanjutnya  dilakukan  eksperimen  pada Maddock  mixer dengan  variasi  kedalaman undercut 0,1  mm,  0,5  mm  dan  1,2  mm  pada  Gambar  7(b), kemudian  hasil  eksperimen  dibandingkan  dengan masing-masing variasi.
(a)
Undercut
(b)
Gambar 7. (a) Spesimen screw dan (b) maddock mixer hasil modifikasi.
Pada  kajian  ini,  langkah  pertama  yang  dilakukan adalah  melakukan  pengamatan  terhadap  temperatur, arus  listrik  motor  penggerak  dan  kecepatan  putaran screw pada proses produksi filamen untuk mengetahui fluktuasi sistemik akibat fenomena surging . Pengam- bilan data temperatur pada proses ekstrusi dilakukan dengan  memasang  termokopel  sepanjang  pipa ekstrusi. Skema pemasangan termokopel pada kajian ini ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9.
Gambar 8. Skema pengamatan temperatur ekstrusi.
Gambar 9. Pemasangan termokopel pada pipa ekstrusi.
Pemasangan termokopel pada pipa ekstrusi sedalam 2 mm  dari  permukaan  pipa,  sejumlah  tiga  titik sepanjang pipa ekstrusi. Tiga titik tersebut mewakili tiga  bagian screw dari  mesin  ekstrusi  yaitu feed section,  compression  section dan metering  section , sehingga  dapat  diperoleh  data  temperatur  yang mewakili  ketiga  bagian screw tersebut.  Data temperatur  kemudian  disimpan  menggunakan perangkat data  logger seperti  ditampilkan  pada Gambar 10.
Sebelum digunakan, alat ukur yang dirancang terlebih dahulu  dikalibrasi.  Sedangkan  periode  pengambilan
data  adalah  selama  2,5  detik.  Adapun  pengambilan data  kuat  arus  listrik  motor  dan  kecepatan  putaran screw dilakukan  dengan  observasi  secara  langsung melalui inverter yang terpasang pada motor.
Gambar 10. Perangkat data logger.
Langkah  berikutnya  adalah  pengamatan  terhadap diameter filamen, dilakukan dengan cara pengukuran secara  langsung  menggunakan  jangka  sorong  dan pengamatan  secara  makro  untuk  memeriksa  cacat yang  mungkin  timbul.  Data  diameter  filamen didapatkan  melalui  pengukuran  secara  langsung menggunakan  jangka  sorong  dengan  ketelitian  0,05 mm.  Data  diameter  filamen  diambil  pada  titik-titik sepanjang filamen dengan jumlah sampel sebanyak 5 buah pada setiap  titik pengamatan berjarak  8 meter. Data filamen kemudian dipetakan dalam peta kendali ( control charts ) untuk memastikan data yang diambil berada dalam kontrol.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil pengamatan terhadap temperatur ekstrusi pada proses  ekstrusi  sebelum  dan  setelah  mengalami modifikasi  dapat  dilihat  pada  Gambar  11 . Grafik tersebut  merupakan  hasil  rata-rata  temperatur  pada tiga  titik  pengamatan  yang  dilakukan,  yaitu  bagian feed ,  bagian compression/transition dan  bagian metering .  Sumbu x pada  grafik  menunjukkan perubahan  waktu  disajikan  dalam  satuan  menit, sementara  sumbu y menunjukkan  besarnya temperatur  yang  disajikan  dalam  satuan  derajat celcius ( o C) . Proses  pemanasan  mesin  antara  proses ekstrusi sebelum dan sesudah penambahan Maddock mixer yang  telah  dimodifikasi  tidak  menunjukkan perbedaan yang signifikan, kurang lebih berlangsung selama tujuh menit. Temperatur proses ekstrusi tanpa Maddock mixer berkisar pada 190 o C. Sementara itu, temperatur  ekstrusi  dengan Maddock  mixer , ketiganya  berkisar  pada  200 o C  ( undercut 0,1  mm, undercut 0,5 mm, undercut 1,2 mm).
Gambar 11. Temperatur ekstrusi pada saat proses ekstrusi.
Adanya kenaikan temperatur yang signifikan setelah mengalami  penambahan Maddock  mixer sesuai dengan hasil studi Sun dkk. [11], bahwa penambahan mixer beresiko  menimbulkan  kenaikan  temperatur dan  dapat  menyebabkan  degradasi  pada  beberapa jenis  material.  Hal  tersebut  terjadi  karena meningkatnya  tegangan  geser  ( shear  stress )  setelah screw mengalami  penambahan Maddock  mixer. Kenaikan  temperatur  tersebut  hanya  akan  mencapai titik tertentu saja. Kenaikan temperatur ini juga akan mengurangi  viskositas  material  ekstrusi,  sehingga panas yang ditimbulkan dari gesekan ( shear heating ) juga akan berkurang. Hal tersebut sesuai dengan hasil percobaan  yang  dilakukan,  di  mana  pada  ketiga variasi undercut memiliki  temperatur  ekstrusi  yang relatif sama.
Selanjutnya, perbedaan hasil ekstrusi berupa diameter filamen  dan  kapasitas  ekstrusi  sebelum  dan  setelah penambahan Maddock mixer dengan variasi undercut dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel  2. Perbandingan  filamen  sebelum  dan  sesudah penambahan Maddock mixer dengan variasi undercut.
Parameter Sebelum modifi- kasi Setelah modifikasi Undercu t 0,1 mm Undercu t 0,5 mm Undercu t 1,2 mm Diameter rata-rata ( mm ) 1,807 1,746 1,748 1,706 Deviasi standar 0,0535 0,0543 0,0669 0,0465 Massa ( kg ) 1 1 1 1 Waktu ekstrusi ( menit ) 95 99 96 77 Kapasitas/ laju ekstrusi ( kg/jam ) 0,6316 0,6061 0,6250 0,7792
Ada  tiga  parameter  yang  dibandingkan,  yaitu diameter  rata-rata,  deviasi  standar  dan  kapasitas ekstrusi.  Diameter  rata-rata  filamen  yang  dihasilkan oleh  proses  ekstrusi  sebelum  penambahan Maddock mixer adalah  sebesar  1,807  mm.  Sementara  itu,
filamen  yang  dihasilkan  proses  ekstrusi  sesudah penambahan Maddock mixer memiliki diameter rata- rata sebesar 1,746 mm untuk variasi dengan undercut sebesar  0,1  mm,  1,748  mm  untuk  variasi  dengan undercut sebesar 0,5 mm dan 1,706 mm untuk variasi dengan undercut sebesar  1,2  mm.  Deviasi  standar filamen yang dihasilkan oleh proses ekstrusi sebelum penambahan Maddock mixer adalah sebesar 0,0535. Sementara  itu,  filamen  yang  dihasilkan  proses ekstrusi  sesudah  penambahan Maddock  mixer memiliki deviasi standar sebesar 0,0543 untuk variasi dengan undercut sebesar  0,1  mm,  0,0669  untuk variasi dengan undercut sebesar 0,5 mm dan 0,0465 untuk  variasi  dengan undercut sebesar  0,1  mm. Kapasitas ekstrusi sebelum modifikasi sebesar 0,6316 kg/jam, sementara itu setelah modifikasi kapasitasnya menjadi 0,6061 kg/jam untuk variasi dengan undercut sebesar 0,1 mm, 0,6250 kg/jam untuk variasi dengan undercut sebesar  0,5  mm  dan  sebesar  0,792  kg/jam untuk variasi dengan undercut sebesar 1,2 mm.
Tabel  2  juga  menunjukkan  bahwa  deviasi  standar diameter  filamen  mengalami  perubahan  yang  tidak terpola  setelah screw mengalami  penambahan Maddock mixer . Pada screw dengan undercut sebesar 0,1 mm deviasinya mendekati screw tanpa Maddock mixer .  Sementara screw dengan undercut 0,5  mm deviasinya  lebih  besar  dibandingkan screw tanpa Maddock mixer dan screw dengan undercut 1,2 mm deviasinya  lebih  besar  dari screw tanpa Maddock mixer .  Hal  ini  menunjukkan  kualitas  filamen  yang dihasilkan  tidak  dipengaruhi  oleh  variasi undercut pada Maddock  mixer .  Hal  ini  disebabkan  karena proses  pencampuran  dan  pelelehan  pada metering section sebelum  penambahan Maddock  mixer telah terjadi  dengan  cukup  baik,  sehingga  penambahan Maddock mixer tidak menimbulkan efek yang berarti. Dengan  kata  lain,  fluktuasi  diameter  yang  terjadi disebabkan karena faktor yang lain.
Sementara itu, diameter rata-rata pada proses ekstrusi setelah  modifikasi  memiliki  nilai  yang  lebih  dekat dengan nilai diameter target (1,75 mm) yaitu sebesar 1,7460  mm;  1,7483  mm;  dan  1,7056  mm,  bila dibandingkan dengan nilai rata-rata diameter filamen sebelum penambahan Maddock mixer (1,8070 mm). Namun,  hal  ini  tidak  menunjukkan  bahwa  kualitas filamen setelah modifikasi menjadi lebih baik. Rata- rata diameter filamen tidak bisa dijadikan parameter untuk  menilai  kualitas  filamen  yang  diproduksi, karena  nilainya  sangat  bergantung  pada  berbagai parameter lain dalam proses produksi filamen, salah satunya  adalah  kecepatan  penarikan  ( pulling  speed ) yang  besarannya  pada  setiap  proses  diatur  secara manual oleh pengguna.
Hasil  lain  yang  didapatkan  dari  kajian  ini  adalah bahwa  kapasitas  ekstrusi  mengalami  penurunan menjadi  sebesar  0,6061  kg/jam  akibat  penambahan Maddock  mixer ( undercut 0,1  mm)  pada  proses ekstrusi. Namun pada saat besar kedalaman undercut bertambah  menjadi  0,5  mm  dan  1,2  mm,  besar  laju
0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra tu r (o C ) Waktu ekstrusi (menit) no Maddock mixer Undercut 0,1 mm
Undercut 0,5 mm Undercut 1,2 mm
ekstrusi bertambah menjadi 0,6250 kg/jam dan 0,7792 kg/jam.  Hal  ini  disebabkan  oleh  terhambatnya  laju aliran  material  ekstrusi  dikarenakan  berkurangnya lebar penampang saluran ( tunnel ) setelah penambahan Maddock  mixer pada  proses  ekstrusi, namun  pada  saat  kedalaman undercut diperbesar, lebar  penampang  saluran  justru  menjadi  lebih  besar sehingga meningkatkan laju ekstrusi.

## 4. Kesimpulan
Pada kajian ini, dilakukan usaha perbaikan fluktuasi diameter filamen yang dibuat dari bahan plastik daur ulang dengan mesin ekstrusi Extruder D29. Perbaikan yang dilakukan adalah berupa penambahan Maddock mixer dengan variasi undercut. Maddock mixer yang digunakan  memiliki  dimensi  sebagai  berikut:  lebar flute 7 mm (0,27D); panjang mixer 71 mm (2,8D); dan 3 variasi kedalaman flute , yaitu 0,1 mm (0,04D), 0,5 mm (0,02D) dan 1,2 mm (0,47D).
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  modifikasi screw dengan  menambahkan Maddock  mixer pada Extruder  D29  tidak  efektif  untuk  meningkatkan kualitas filamen yang dihasilkan. Selain itu perubahan kedalaman undercut pada screw Extruder D29 tidak mempengaruhi  hasil  diameter  filamen  yang diproduksi,  namun  tetap  berpengaruh  terhadap kapasitas  ekstrusi  pada  mesin.  Kapasitas  ekstrusi untuk undercut 0,1  mm  sebesar  0,6061  kg/jam; kapasitas  ekstrusi  untuk undercut 0,5  mm  sebesar 0,6250 kg/jam dan kapasitas ekstrusi untuk undercut
1,2 mm adalah sebesar 0,7792 kg/jam.

## Daftar Pustaka
[1] K.  Mikula et  al. ,  “3D  printing  filament  as  a second  life  of  waste  plastics—a  review,”
Environ. Sci. Pollut. Res. , 2020.
[2] L.  Gu  and  T.  Ozbakkaloglu,  “Use  of  recycled plastics  in  concrete:  A  critical  review,” Waste Manag. , vol. 51, no. July 2019, pp. 19–42, 2016.
[3] S.  Hwang,  E.  I.  Reyes,  K.  sik  Moon,  R.  C. Rumpf,  and  N.  S.  Kim,  “Thermo-mechanical Characterization  of  Metal/Polymer  Composite Filaments  and  Printing  Parameter  Study  for Fused  Deposition  Modeling  in  the  3D  Printing Process,” J. Electron. Mater. , vol. 44, no. 3, pp. 771–777, 2015.
[4] P. Ravichandran, C. Anbu, R. Poornachandran, M.  Shenbagarajan,  and  K.  S.  Yaswahnthan, “Design and development of 3d printer filament Extruder for material reuse,” Int. J. Sci. Technol. Res. , vol. 9, no. 1, pp. 3771–3775, 2020.
[5] Sidney  Levy, Plastic  Extrusion  Technology Handbook .  New  York:  Industrial  Press  Inc,
1981.
[6] M. A. Spalding, J. R. Powers, P. A. Wagner, and K.  S.  Hyun,  “Flow  surging  in  single- screw , plasticating Extruder s,” TAPPI  PLACE  Conf. 2007  -  "Polymers,  Laminations,  Adhes.
Coatings,  Extrus. ,  vol.  2,  no.  3,  pp.  600–646, 2007.
[7] A. Spal, R. Power, and A. W, “Flow Surging in Single- Screw ,  Plasticating Extruder s,”  no.
January, 2015.
[8] M.  A.  Spalding  and  G.  A.  Campbell,  “An engineering  approach  to  designing  plasticating screw s for single- screw Extruder s,” Annu. Tech. Conf. - ANTEC, Conf. Proc. , vol. 2, no. October 2014, pp. 1174–1179, 2009.
[9] S.  M.  Raza  and  D.  Singh,  “Experimental Investigation  on  Filament  Extrusion  using recycled materials .,” 2020.
[10] Herianto,  S.  I.  Atsani,  and  H.  Mastrisiswadi, “Recycled  Polypropylene  Filament  for  3D
Printer: Extrusion Process Parameter
Optimization,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 722, no. 1, pp. 0–7, 2020.
[11] X. Sun, M. A. Spalding, T. W. Womer, and N. Uzelac,  “Design  optimization  of  maddock mixers  for  single- screw extrusion  using numerical  simulation,” Annu.  Tech.  Conf.  - ANTEC, Conf. Proc. , vol. 2017-May, pp. 1017– 1023, 2017.
[12] H.  Pan et  al. , Rauwendaal  Polymer  Extrusion , vol. 65, no. 12. 2014.