## Manutech :

## Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 14, No. 01, (2022)    p-ISSN : 2089-5550 e-ISSN : 2621-3397

## Pengaruh Parameter Proses Pada 3D Printing FDM Terhadap Kekuatan Tarik Filament ABS CCTREE
Pristiansyah 1 , Hasdiansah 2 , Ade Ferdiansyah 3 1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung, Sungailiat pristiansyah@polman-babel.ac.id
Received : 8 April 2022; Received in revised form : 12 Mei 2022; Accepted : 2 Juni 2022
Abstract
3D  printing  technology  is  one  of  the  new  breakthroughs  in  the  world  of  manufacturing.  This principle uses layered modeling, which directly converts 3D data from computer-aided design (CAD) into physical prototypes. Additive Manufacturing technology itself has attracted a lot of interest as research material from industry to academia because it can provide manufacturing solutions that produce products with complex designs and reduce time without compromising print quality. Currently, the Fused Deposition Modeling (FDM) process is the most widely used process in 3D printing due to its ease of operation, low operating  costs  and  environmental  convenience.  This  study  uses  the  Taguchi  method  with  quality characteristics the bigger the better.  The experimental design used is L 27 OA by analyzing the Signal to Noise  Ratio  SNR.  The  method  is  based  on  the  principle  of  tensile  strength,  to  determine  the  process parameters that greatly affect the ABS CCTREE filament. The process parameters used in this research are nozzle temperature, layer thickness, temperature based plate, print speed and infill pattern. The order of the  most  influential  parameters  in  a  row  is  layer  thickness  of  40,74%,  print  speed  of  9,40%,  nozzle temperature of 5,69%, temperature based plate of 5,56% and infill pattern of 4,36%.
Keywords: 3D Printing FDM; ABS CCTRE; Taguchi; Tensile Test

## Abstrak
Teknologi 3D printing merupakan salah satu terobosan baru dalam dunia manufaktur. Prinsip ini menggunakan  pemodelan  berlapis,  yang  secara  langsung  mengubah  data  3D  dari  desain  berbantuan komputer (CAD) menjadi prototype fisik. Teknologi Additive Manufacturing sendiri telah menarik banyak minat  sebagi  bahan  penelitian  dari  industry  hingga  akademisi  karena  dapat  memberikan  solusi manufaktur  yang  menyederhanakan  produk  dengan  desain  yang  komplek  dan  mengurangi  lead  time tanpa  mengorbankan  kualitas  cetak.  Saat  ini,  proses  Fused  Deposition  Modelling  (FDM)  adalah  proses yang  paling  banyak  digunakan  dalam  pencetakan  3D  karena  kemudahan  penggunaannya,  biaya pengoperasian  yang  rendah,  dan  keramahan  lingkungan.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  Taguchi dengan  karakteristik  kualitas  semakin  besar  semakin  baik.  Desain  eksperimen  yang  digunakan  L 27 OA dengan  menganalisis  Signal  to  Noise  Ratio  SNR.  Metode  tersebut  berprinsip  terhadap  kekuatan  tarik, untuk  mengetahui  parameter  proses  yang  sangat  berpengaruh  pada  filamen  ABS  CCTREE.  Parameter proses yang digunakan  dalam penelitian yaitu  nozzle temperature, layer thickness, temperature based plate,  print  speed  dan  infill  pattern.  Urutan  parameter  yang  paling  berpengaruh  secara  berturut-turut yaitu layer thickness sebesar 40,74%, print speed 9,40%, nozzle temperature sebesar 5,69%, temperature based plate sebesar 5,56% dan infill pattern sebesar 4,36%.
Kata kunci: 3D Printing FDM; ABS CCTREE; Taguchi; Uji Tarik

## 1. PENDAHULUAN
Teknologi cetak tiga dimensi (3D) merupakan terobosan baru dalam dunia teknologi. Printer 3D adalah  printer  yang  dapat  mencetak  objek  3D  sebagai  pengganti  tulisan  pada  gambar  atau  kertas. Keuntungan dari printer 3D adalah kemampuan untuk membuat berbagai bentuk pola yang kompleks, ini karena fleksibelitas gerakan pencetakan dalam ruang 3D. Berkaitan dengan definisi tersebut, printer 3D dapat  berperan  penting  dalam  dunia  manufaktur  [1].  Pencetakan  tiga  dimensi  (3D)  adalah  salah  satu mesin paling handal dan inovatif dalam teknologi Additive Manufacturing (AM) yang menciptakan objek 3D dengan struktur yang unik dan beragam. Teknik yang sering digunakan pada teknologi ini adalah Fused Depositon  Modelling  (FDM),  Stereolithography  Apparatus  (SLA),  Continous  Liquid  Interface  Production (CLIP), Digital Light Processing dan Selective Laser Sintering (SLS) [2]. Salah satu teknologi 3D printer yang terkenal  murah  yaitu  Fused  Deposition  Modelling  (FDM),  prinsip  kerja  FDM  yaitu  dengan  cara mengekstrusi  thermoplastic  melalui  nozzle  yang  panas  pada  melting  temperature,  selanjutnya  produk dibuat lapis demi lapis [3]. Fused Deposition Modeling (FDM) adalah proses yang sangat populer dalam pemodelan AM dan produk yang diproduksi dalam proses ini dapat bersaing dengan proses manufaktur konvensional (Injection Moulding). Metode FDM banyak digunakan dalam proses pencetakan 3D printing karena  kemudahan  pengunaan,  biaya  rendah,  ramah  lingkungan  sehingga  lebih  mudah  dalam  proses pengembangan produk, pembuatan prototipe, dan penyederhanaan proses manufaktur[4].
Penelitian yang dilakukan [5], pada spesimen benda uji ASTM D638 tipe 2 menggunakan filamen ABS dengan parameter yang digunakan ini meliputi tebal layer 0,2 mm dan 0,3 mm. Hasil dari kekuatan tarik menggunakan parameter tersebut sebesar 18,5948 MPa dan 18,9152 MPa. Penelitian yang dilakukan oleh  [1],  menggunakan  filamen  ABS  dengan  parameter  proses  2  variasi  4  level  dan  satu  parameter. Kekuatan  tarik  yang  dihasilkan  menggunakan  parameter  suhu  nozzle  230°C,  dan  tebal  layer  3,2  mm sebesar 17.745 MPa, suhu nozzle 240°C tebal layer 3,2 mm sebesar 134.692 MPa, suhu nozzle 250°C tebal layer 3,2 sebesar 43.7465 MPa, dan suhu nozzle 260°C tebal layer 3,2 mm sebesar 48.1565 MPa. Penelitian tentang  pengaruh  layer  thickness  dan  orientasi  terhadap  kekuatan  tarik  menggunakan  filamen  ABS dengan standar ASTM D638 tipe 4 mendapatkan hasil kekuatan tarik yang paling optimal sebesar 21.56 MPa [6]. Penelitian yang dilakukan [7], menggunakan filamen PLA dengan 4 parameter proses dan 3 level meliputi  infill  print  speed,  fill  density,  extruder  temperature  dan  layer  height.  Berdasarkan  hasil  dari pengujian  tarik  memberi  pengaruh  terhadap  parameter  proses,  parameter  proses  yang  berpengaruh secara  berturut-turut  yaitu  infill  print  speed,  fill  density,  extruder  temperature,  dan  layer  height. Parameter yang sangat besar pengaruh terhadap kekuatan tarik yaitu extruder temperature, sedangkan parameter  yang  sangat  kecil  pengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  yaitu  layer  height.  Penelitian  tentang dampak parameter proses pada sifat mekanik komponen yang dibuat dari Polylactic Acid (PLA) dengan menggunakan Printer 3D Open-source pernah juga dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengukur kekuatan  tarik  akhir  (ultimate  tensile  strength)  dan  regangan  nominal  (nominal  strain).  Terdapat  tiga parameter  pengerjaan  yang  divariasikan  didalam  penelitian  ini  yaitu  layer  thickness,  pola  infill  dan Number of shell perimeters [9]. Selain itu, penelitian terkait optimasi proses pada 3D printing ini sering menggunakan metode taguchi, penelitian tersebut dilakukan untuk mendapatkan parameter  optimum dan parameter yang peling berpengaruh terhadap akurasi dimensi menggunakan taguchi L 27 , dengan 5 faktor dan 3 level. Hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa layer thickness merupakan parameter yang paling  berpengaruh,  sehingga  penulis  menggunakan  metode  Taguchi  L27  dan  layer  thickness  sebagai parameter yang akan diuji pada penelitian ini [10].
Berdasarkan  evaluasi  dan  analisa  dari  penelitian-penelitian  yang  ada,  parameter  proses  pada FDM yang digunakan oleh peneliti yaitu, dengan memberikan pengaruh terhadap respon kekuatan tarik. Variasi  parameter  proses  yang  dipilih  adalah  5  variasi  dengan  metode  taguchi  faktorial  L 27 untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dan parameter proses yang optimal dibandingkan dengan penelitian yang ada.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mengetahui  parameter  proses  yang  berpengaruh  terhadap kekuatan  tarik  filament  ABS  CCTREE  menggunakan  3D  printing  FDM  dengan  parameter  proses  nozzle temperature (°C), layer thickness (mm), temperature base plate (°C), print speed (mm/s), dan infill pattern. Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat membantu para penggiat 3D printing dalam mendapatkan refrensi  dan  membantu  para  industrialis  dalam  menghasilkan  end  product  yang  langsung  dapat digunakan.

## 2. MATERIAL dan METODELOGI
2.1. Alat dan Bahan
1. Filamen ABS CCTREE dengan diameter 1,75 mm warna hitam ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Filamen ABS CCTREE
2. Mesin 3D Printing FDM REXYZ A1 dengan dimensi 180 mm x 180 mm x 180 mm ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Mesin 3D Printing FDM REXYZ A1
3. Mesin uji tarik Zwick / Roell digunakan untuk menguji spesimen ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Mesin Uji Tarik Zwick / Roell
4. Laptop Toshiba Satellite C800D  digunakan untuk mendesain objek cetak 3D. Selain itu, digunakan untuk menjalankan software yang diperlukan dalam penelitian ini.
5. Software Ultimaker Cura 4.1.1, digunakan untuk memasukkan parameter dan untuk mendapatkan G-code serta menjalankan mesin 3D printing.
6. Desain  spesimen  dibuat  menggunakan  sofware  CAD  dalam  format  STL,  desain  spesimen menggunakan ASTM D638 tipe 4 seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Desain spesimen

## 2.2. Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram Alir Tahap Penelitian
2.3. Proses penelitian
1. Identifikasi Masalah
Pada langkah ini dilakukan proses identifikasi masalah yang sering terjadi pada proses pencetakan filamen ABS pada mesin 3D Printing. Dimulai dari studi literatur yang di dapatkan dari jurnal-jurnal tentang penelitian 3D Printing kemudian jurnal-jurnal tersebut dijadikan referensi untuk penentuan tujuan melakukan penelitian.
2. Variabel Penelitian
Variabel penelitian ini meliputi variabel proses dan variabel respon. Pada variabel proses ini meliputi Nozzle  Temperature,  Layer  Thickness,  Temperature  Based  Plate,  Print  Speed,  dan  Infill  Pattern sedangkan variabel respon meliputi tegangan tarik.
3. Identifikasi  Nilai Variabel Proses
Identifikasi Nilai Variabel Proses ini dari variabel proses yang telah ditentukan sebelumnya dan nilai variabel prosesnya tersebut didapatkan dari  referensi jurnal-jurnal penelitian tentang 3D  Printing ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter Proses dan Level Parameter Proses Level 1 2 3 Nozzle Temperature (°C) 230 235 240 Layer Thickness (mm) 0.2 0.3 0.4 Temperature Based Plate (°C) 90 95 100 Print Speed (mm/s) 40 50 60 Infill Pattern Gyroid Triangles Grid Desain Eksperiment Taguchi - Variabel Proses :
1. Nozzel Temperature (°C)
2. Layer Thickness (mm)
3. Temperature Based Plate (°C)
4. Print Speed (mm/s)
5. Infill Pattern
- Variabel Respon :
Tegangan Tarik Mulai 1. Studi Literatur 2. Jurnal Penelitian 3D Printing 3. Penentuan Tujuan Penelitian
Identifikasi Masalah Identifikasi Nilai Variabel Proses
Pemilihan Matrik OA Persiapan Eksperimen Pelaksanaan Eksperimen Pengolahan Data Hasil Eksperimen Pengambilan Data Hasil Eksperimen Kesimpulan Selesai Jumlah Level Faktor A A
4. Pemilihan Matrik OA
Pada pemilihan matrik OA ini harus memiliki derajat kebebasan, total derajat kebebasan variabel proses dan level faktor yang digunkan adalah 10 total derajat kebebasan dapat dilihat pada Tabel 2. Sesuai dengan pilihan yang tersedia matrik OA L 27 (5 3 ) untuk dijadikan sebagai rancangan percobaan. Tabel  3.  menunjukkan  desain  faktorial  L 27 (5 3 )  untuk  spesimen  uji  menunjukkan  nilai  dari  tiap parameter proses yang digunakan untuk mencetak spesimen yang akan diuji tarik.
Tabel 2. Total Derajat Kebebasan Parameter Proses Jumlah Level (k) 𝝊 𝐟𝐥 = (𝐤 − 𝟏) Nozzle Temperature (°C) 3 2 Layer Thickness (mm) 3 2 Temperature Based Plate (°C) 3 2 Print Speed (mm/s) 3 2 Infill Pattern 3 2 Total derajat kebebasan 10
Tabel 3. Desain Faktorial L 27 (5 3 ) [8] Exp. A B C D E 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 3 1 1 1 1 3 4 1 2 2 2 1 5 1 2 2 2 2 6 1 2 2 2 3 7 1 3 3 3 1 8 1 3 3 3 2 9 1 3 3 3 3 10 2 1 2 3 1 11 2 1 2 3 2 12 2 1 2 3 3 13 2 2 3 1 1 14 2 2 3 1 2 15 2 2 3 1 3 16 2 3 1 2 1 17 2 3 1 2 2 18 2 3 1 2 3 19 3 1 3 2 1 20 3 1 3 2 2 21 3 1 3 2 3 22 3 2 1 3 1 23 3 2 1 3 2 24 3 2 1 3 3 25 3 3 2 1 1 26 3 3 2 1 2 27 3 3 2 1 3
5. Persiapan Eksperimen
Dalam  persiapan  eksperimen  ini  menyiapkan  alat  dan  bahan  yang  berkaitan  dengan  penelitian, disiapkan sebaik mungkin agar proses penelitian berjalan dengan lancar.
6. Pelaksanaan Eksperimen
Langkah-langkah dari pelaksanaan eksperimen sebagai berikut :
a. Membuat desain spesimen ASTM D638-4 di software CAD dalam bentuk format file STL.
b. Kemudian format file STL tersebut dimasukkan pada software Ultimaker Cura untuk penyetingan parameter   proses dan level yang telah ditentukan untuk mendapatkan G-code.
c. Selanjutnya  proses  pencetakan  spesimen  pada  mesin  3D  Printing  menggunakan  filamen  ABS CCTREE.
d. Setelah semua hasil spesimen dicetak akan dilakukan uji tarik.
7. Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan dengan menguji sempel spesimen pada mesin uji tarik, kemudian data hasil uji tarik dimasukkan pada tabel.
8. Pengolahan Data
Setelah  pengambilan  data  hasil  proses  uji  tarik,  selanjutnya  data  hasil  proses  uji  tarik  diolah menggunakan software analisis, data tersebut didapatkan S/N Ratio larger is better dan ditentukan nilai parameter yang optimum dari parameter yang diuji.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengambilan  data  uji  tarik  spesimen  menghasilkan  pengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  pada spesimen. Adapun hasil dari pengujian tersebut antara lain rata-rata kekuatan tarik dari setiap eksperimen ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil uji tarik EXP. A B C Rata-rata 1 37,7 42 43,8 41,17 2 42,7 38,9 39,5 40,37 3 39,5 42 39 40,17 4 28,3 37,7 38,8 34,93 5 35,5 38 36,2 36,57 6 38,7 38,2 36,3 37,73 7 35,5 33,6 36,8 35,30 8 37,7 36,5 38,2 37,47 9 37,1 36,5 36,4 36,67 10 42,2 40,5 39,9 40,87 11 36,7 38,1 40,3 38,37 12 41,3 39,6 38,6 39,83 13 38,2 36,3 35 36,50 14 38,6 39,6 39,9 39,37 15 39,1 39 39,5 39,20 16 39,3 39 38 38,77 17 34,4 35 37,5 35,63 18 40,2 40,1 37,2 39,17 19 38,1 37,6 38,5 38,07 20 36,9 39,6 39,9 38,80 21 39,4 39,3 39,9 39,53 22 40,7 34,1 38,9 37,90 23 39,3 36,1 37,6 37,67 24 38,6 38,4 36,6 37,87
EXP. A B C Rata-rata 25 37,8 38 37,8 37,87 26 37,7 37,6 38,4 37,90 27 35,9 36,7 38,2 36,93

## 3.1. Perhitungan Respon Signal to Noise Ratio
Data hasil uji tarik dimasukkan kedalam software analisis untuk mendapatkan hasil respon Signal to Noise dapat dilihat pada Gambar 6 dan Tabel 5 .
Gambar 6. Grafik S/N Ratio
Berdasarkan Gambar 6 parameter proses yang optimal terhadap kekuatan tarik yaitu suhu nozzle 235 (°C), tebal layer (0,2 mm), suhu meja (90°C), kecepatan print (40mm/s) dan inill pattren (grid).
Tabel 5. S/N Ratio Response Table for Mean Large is Better Level Nozzle Temperature (°C) Layer Thickness (mm) Temperature Based Plate (°C) Print Speed (mm/s) Infil Pattren 1 31,50 31,96 31,74 31,77 31,53 2 31,72 31,45 31,53 31,49 31,58 3 31,60 31,41 31,56 31,57 31,71 Delta 0,22 0,53 0,20 0,28 0,18 Rank 3 1 4 2 5
Berdasarkan Tabel 5 parameter proses yang paling berpengaruh besar terhadap kekuatan tarik yaitu tebal layer.  Dan  untuk  pengaruh  paremeter  proses secara  berturut-turut  yaitu  tebal  layer,  kecepatan  print, suhu nozzle, suhu meja dan in f ill pattren.

## 3.2. Perhitungan Persen Kontribusi
Pada  persen  kontribusi  ini  untuk  mengetahui  seberapa  besar  pengaruh  parameter  proses ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Persen Kontribusi S/N Ratio Source DF Seq SS Contribution Adj SS Adj MS F-Value P-Value Nozzel Temperature 2 0,2314 5,69% 0,2314 0,11571 1,33 0,292 Layer Thickness 2 1,6557 40,74% 1,6557 0,82783 9,52 0,002 Temperature Based Plate 2 0,2261 5,56% 0,2261 0,11303 1,30 0,300 Print Speed 2 0,3819 9,40% 0,3819 0,19097 2,20 0,144 Infill Pattren 2 0,1772 4,36% 0,1772 0,08858 1,02 0,383 Error 16 1,3914 34,24% 1,3914 0,08696 Total 26 4,0637 100,00%
Parameter  proses  yang  berpengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  berdasarkan  persen  kontribusi secara  berturut-turut  yaitu  layer  thickness  sebesar  40,74%,    print  speed  sebesar  9,40%,  nozzle temperature sebesar 5,69%, temperature based plate sebesar 5,56% dan inifill pattern sebesar 4,36%.

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan hasil eksperimen dari penelitian ini dapat ditarik kesimpulan  bahwa hasil pengujian tarik  dari  5  parameter  proses  yang  diuji  yaitu  nozzle  temperature,  layer  thickness,  temperature  based plate, print speed & inill pattern dengan 3 level faktor, terdapat pengaruh pada pengujian kekuatan tarik terhadap faktor tersebut. Urutan faktor yang paling berpengaruh terhadap filamen ABS  CCTREE secara berturut-turut  yaitu  layer  thicknes  sebesar  40,74%,  print  speed  sebesar  9,40%,  nozzel  temperature sebesar 5,69%, temperature based plate sebesar 5,56% dan infill pattern sebesar 4,36%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  S. Y. Setiawan, “PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN TEKAN PADA PROSES EKSTRUSI DI MESIN PRINTER 3D,” 2019, doi: 10.31227/osf.io/n4f68.
[2].  A. I. Pramudi, “Analisis Pengaruh Internal Geometri Terhadap Sifat Mekanik Material PLA Dipreparasi Menggunakan 3D Printing,” Skripsi Tek. Mesin, Fak. Teknol. Ind. Univ. Islam Indones., pp. 1–57, 2017.
[3].  P.  Pristiansyah,  H.  Hasdiansah,  and  S.  Sugiyarto,  “Optimasi  Parameter  Proses  3D  Printing  FDM Terhadap Akurasi Dimensi Menggunakan Filament Eflex,” Manutech  J. Teknol. Manufaktur, vol. 11, no. 01, pp. 33–40, 2019, doi: 10.33504/manutech.v11i01.98.
[4].  D. Andriyansyah, Herianto, and Purfaji, “Optimasi Parameter Proses 3D Printing Terhadap Kuat Tarik Filamen PLA Menggunakan Metode Taguchi,” Semin. Nas. Pendidik. Tek. Otomotif, no. ISSN : 2338- 0284, pp. 61–68, 2018.
[5].  H. S. Budiono, “Pengujian Kuat Tarik Terhadap Produk Hasil 3D Printing Dengan Variasi Ketebalan Layer  0,  2  MM  Dan  0,  3  MM  Yang  Menggunakanan  Bahan  ABS  (Acrylonitrile  …,”  2015,  [Online]. Available: http://eprints.ums.ac.id/id/eprint/34935.
[6].  A. Kholil, F. Aufi, and E. A. Syaefudin, “Pengaruh Layer Thickness Dan Orientasi 3D Printing Terhadap Uji Tarik Material Abs,” vol. 1, pp. 277–285, 2020.
[7].  G. S. Lubis, M. Taufiqurrahman, and M. Ivanto, “Analisa Pengaruh Parameter Proses Terhadap Uji Tarik Produk Hasil 3D Printing Berbahan Polylatic Acid,” J. Engine Energi, Manufaktur, dan Mater., vol. 5, no. 2, p. 39, 2021, doi: 10.30588/jeemm.v5i2.877.
[8].  I. Soejanto, Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi. Yogyakarta: Graha Ilmu, 2009.
[9]. Lanzotti,  Antonio.,  et  al,  "The  Impact  Of  Process  Parameters  On  Mechanical  Properties  of  Parts Fabricated in PLA with An Open-Source  3-D Printer", Rapid Prototyping Journal, Vol.  21 Iss 5  pp, 2015.
[10]. O.  Yudi,  Pristiansyah,  C.  Malinda,  "  Optimasi  Parameter  Proses  pada  3D  Printing  FDM  terhadap Akurasi Dimensi Filament PLA Food Grade", Manutech  J. Teknol. Manufaktur, vol. 13, no. 01, pp. 1– 8, 2021.