Tofianto dkk./ ROTASI, Vol. 24 No. 4 (Oktober 2022) Hal. 72-78
Pengaruh Layer Height, Nozzle Temperature , dan Printing Speed Terhadap Tingkat Kekasaran pada Keycaps Mechanical Keyboard dengan Filamen 3d Printing Polyethylene Terephthalate Glycol (PETG)
M.H Evan Tofianto * , Dwi Djumhariyanto, Muhammad Trifiananto, Ahmad Syuhri, Agus Triono Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember
Jl. Kalimantan No 37, Jember, Jawa Timur *Email: trifiananto@unej.ac.id

## Abstract
This study aims to determine the roughness level of mechanical keyboard keycaps with PETG filament. In  this  study,  the  3D  printing  technique  used  is  FDM  which  is  the  most  popular  3D  printing manufacturing  technique.  This  research  measures  the  roughness  of  keycaps  based  on  PETG (Polyethylene  terephthalate  glycol)  with  a  combination  of  parameters  free  of  layer  height,  nozzle temperature, and printing speed. Using the Taguchi orthogonal array (44 ) with 4 levels for each factor was used to determine the effect of each parameter on surface roughness. Each of the 16 experiment repeated 3 times to minimize the occurrence of errors. Layer height, nozzle temperature, and printing speed have the respective effect of 76.9%, 9.17%, and 2.89%,on surface roughness. nozzle temperature, and printing speed is considered a parameter that has no impact on tensile strength. The layer height parameter shows that the lower the value, the better surface roughness its produced. Furthermore, the best combination of layer height of 0.12 mm, nozzle temperature of 220 ˚C, and printing speed 60 mm/s, is the optimum combination of parameters which has the lowest surface roughness of 1.906 µm.
Kata kunci: : FDM, 3D printing, PETG, Surface roughness, Keycaps

## Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui tingkat kekasaran keucaps keyboard mekanik dengan menggunakan filamen PETG. Pada penelitian ini, teknik 3D printing  yang digunakan adalah metode FDM  yang  merupakan  teknik  pembuatan  3D  printing  yang  paling  populer.  Penelitian  ini  mengukur kekasaran  keycaps  berbasis  PETG  (Polyethylene  terephthalate  glycol)  dengan  kombinasi  parameter bebas dari tinggi lapisan, suhu nozzle, dan kecepatan pencetakan. Menggunakan array ortogonal Taguchi (44 ) dengan 4 level untuk setiap faktor digunakan untuk mengetahui pengaruh setiap parameter terhadap kekasaran permukaan. Masing-masing dari 16 percobaan diulang 3 kali untuk meminimalkan terjadinya kesalahan. Tinggi lapisan, suhu nozzle, dan kecepatan pencetakan memiliki pengaruh masing-masing sebesar  76,9%,  9,17%,  dan  2,89%,  terhadap  kekasaran  permukaan.  suhu  nozzle,  dan  kecepatan pencetakan dianggap sebagai  parameter yang tidak berdampak pada kekuatan tarik. Parameter tinggi lapisan menunjukkan bahwa semakin rendah nilai kekasaran permukaan yang dihasilkan semakin baik. Selanjutnya kombinasi terbaik antara tinggi lapisan 0,12 mm, suhu nozzle 220˚C , dan kecepatan cetak 60  mm/s,  merupakan  kombinasi  parameter  optimum  yang  memiliki  kekasaran  permukaan  terendah sebesar 1,906 µm.
Kata kunci: FDM, pencetakan 3D, PETG, Kekasaran permukaan, Keycaps

## 1. Pendahuluan
Pengembangan  3D printing sebagai  salah  satu  metode  baru  dalam  pembuatan  entitas  yang  diperlukan  akan  terus berkembang.  Sehingga  3D printing dapat  menjadi  solusi  efektif  lain  untuk  alternatif  manufaktur  konvensional  [1  2]. Dalam  3D printing, teknologi  yang  sering  dijumpai  adalah Fused  Deposition  Modeling atau  biasa  disingkat  (FDM). Prinsip kerja FDM adalah mengekstrusi termoplastik melalui nosel panas pada titik leleh suhu, dan kemudian produk dibuat  berlapis-lapis  [3].  Bahan  PETG  adalah  polimer  dengan  tambahan  glikol.  PETG  umumnya  diterapkan  sebagai isolator listrik  serta implan medis dan kemasan  medis  [4 5]. Salah satu  karakteristik geometrik  yang ideal  dari  suatu komponen adalah permukaan yang halus. Dalam prakteknya adalah tidak mungkin untuk mendapatkan komponen dengan permukaan  yang  benar-benar  halus.  Dalam  pencetakan  3D,  tingkat  kekasaran  sangat  dipengaruhi  oleh  pengaturan parameter yang digunakan selama proses pencetakan [6].
Keycaps  merupakan  salah  satu  produk  yang  menggunakan  plastic  sebagai  materialnya.  Keycaps  pada  keyboard merupakan salah satu produk yang menjunjung tinggi tingkat kekasaran permukaan. Setiap keycap memiliki umur. Rata- rata, itu ditekan 30 hingga 70 juta kali. Tombol keyboard saat ini masih diproduksi secara konvensional ( injection
Tofianto dkk./ ROTASI, Vol. 24 No. 4 (Oktober 2022) Hal. 72-78
molding ). Namun, saat ini banyak pengguna komputer menginginkan keycaps custom atau yang bisa disesuaikan dengan keinginan  pribadi.  Solusi  yang  biasa  digunakan  lainnya  selain  melalui injection  molding adalah  pencetakan  3D. Kenyamanan  yang  ditawarkan  oleh  proses  pencetakan  3D  dan  banyaknya  pilihan  telah  membuat  popularitas custom keypads dengan pencetakan 3D semakin besar. Karena itu, penulis ingin mengetahui faktor optimum untuk menghasilkan produk keycaps dengan kekasaran terbaik tingkat.
Penelitian tentang keycaps keyboard mekanis pencetakan 3D sebelumnya dilakukan oleh Peerya Alec et. Al. (2018) [7], yang meneliti pembuatan keyboard switch menggunakan metode 3D printing.Penelitian mengenai tingkat kekasaran pada benda uji cetak 3D telah banyak dilakukan, umumnya dilakukan menggunakan bahan ABS dan PLA, seperti yang dilakukan  oleh  Pratama  (2021)  [8]  yang  menjalankan  penelitian  untuk  menganalisa  kekasaran  permukaan  proses pencetakan 3D pada filamen ST-PLA dengan parameter layer height (0.10mm, 0.15mm, 0.20mm, 0.25mm, 0.30mm), printing speed (40mm/s, 45mm/s, 50mm/s, 55mm/s, 60mm/s), nozzle temperature (190°C, 195°C, 200°C, 205°C, 210°C), orientation (0°, 22,5°, 45°, 67,5°, 90°), flow rate (90%, 95%, 100%, 105%, 110%), cooling speed (20%, 40%, 60%, 80%, 100%).
Penelitian  ini  menggunakan  tiga  parameter  yaitu; layer  height (0.12mm,  0.16mm,  0.2mm,  dan  0.28mm), nozzle temperature (220  °C,  230  °C,  240  °C,  dan  250  °C),  serta printing  speed (40mm/s,  50mm/s,  60mm/s,  dan  70  mm/s). Peneliti  tertarik  untuk  menemukan  kombinasi  parameter  yang  menghasilkan  tingkat  kekasaran  yang  paling  optimal. Desain pada keycaps yang digunakan adalah custom Cherry MX red custom, sedangkan jumlah percobaan yang dilakukan adalah  enam  belas  dan  diulang  sebanyak  tiga  kali.  Dalam  penelitian  ini,  metode  yang  digunakan  untuk  melakukan pengolahan data adalah Taguchi. Metode Taguchi. Metode Taguchi sendiri berfungsi untuk meningkatkan proses dan karakteristik benda kerja dan menjaga biaya dan sumber daya untuk minimal [10].

## 2. Material dan metode penelitian
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menguji  kekasaran  permukaan  keycaps  3D  yang  dicetak  dengan  filamen  PETG. Langkah  pertama  dalam  penelitian  ini  adalah  merancang  spesimen  pencetakan  3D  menggunakan  Autodesk  Inventor. Desain yang digunakan adalah keycaps custom Cherry MX red custom. Sementara pencetakkan dilakukan menggunakan mesin 3D printing Creality Ender 3 seperti yang bias dilihat pada Gambar 1 a. Kemudian specimen yang telah dicetak akan dilakukan pengukuran tingkat kekasaran menggunakan mesin TR220 surface roughness tester , mesin uji bias dilihat pada  Gambar  2.  Langkah  terakhir  pada  langkah  ini  adalah  menganalisis  data  yang  diperoleh  dari hasil  uji  kekasaran permukaan pada spesimen dengan Minitab.
Gambar 1. Mesin 3D Printing
Gambar 2. Mesin TR220 Surface Roughness Tester

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini benda uji akan diukur pada kedua sisinya dengan menunjuk ke atas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah ini, sedangkan spesimennya sendiri dapat dilihat pada gambar 4. Sehingga akan ada dua permukaan data  kekasaran,  selanjutnya  kekasaran  permukaan  rata-rata  akan  dihitung.  Tabel  1  menunjukkan  bahwa  eksperimen dengan nilai terendah tingkat kekasaran ada pada percobaan pertama dengan kombinasi parameter layer height 0,12 mm, nozzle temperature 220°C, dan printing speed 40 mm/s. Dalam pengulangan ketiga dari percobaan pertama didapatkan nilai  kekasaran  sebesar  1,719  µm.  Sementara  itu,  level  tertinggi  kekasaran  ada  pada  percobaan  kelima  belas  pada pengulangan ketiga sebesar 17,82 µm. Lima belas percobaan memiliki kombinasi parameter tinggi lapisan 0,28 mm, suhu nozzle 23°C, dan pencetakan kecepata n 60 mm/s.
Gambar 3. Arah Pengukuran
Gambar 4. Spesimen 3D printing setelah pengujian

## Tabel 1. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan
Exp. Respon Kekasaran (µm) Standar Deviasi A B C Rata- rata 1 2.099 1.971 1.719 2.056 0.193 2 5.363 2.644 1.887 4.456 1.827 3 2.356 2.654 2.536 2.455 0.15 4 3.152 2.867 2.93 3.057 0.149 5 5.784 5.389 5.624 5.652 0.196 6 10.053 6.201 8.765 8.769 1.96 7 7.581 6.807 7.262 7.323 0.338 8 5.664 4.189 3.201 5.172 1.239 9 14.49 13.025 13.19 14.001 0.802 10 9.743 11.02 7.365 10.168 1.854 11 3.11 3.843 2.415 3.354 0.71 12 7.657 6.482 9.027 7.265 1.273 13 11.495 12.265 11.89 11.751 0.385 14 12.89 12.715 12.2 12.831 0.358 15 16.74 17.41 17.82 16.963 0.545 16 15.385 16.375 16.44 15.715 0.591 Nilai Kekasaran Minimal Exp.1 Nilai Kekasaran Maksimal Exp.15
Rasio S/N digunakan untuk menyelidiki dan memilih parameter mana yang merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam mengurangi respons kekasaran permukaan spesimen, yang mengubah data menjadi nilai dari variasi yang muncul. Dalam penelitian ini ditentukan bahwa rasio S/N yang dipilih lebih kecil adalah lebih baik, atau semakin kecil respons kekasaran spesimen, semakin baik. Rasio S/N kemudian dianalisis menggunakan aplikasi Minitab versi 20.3. Kemudian parameter tersebut  diurutkan dari yang paling berpengaruh ke paling tidak signifikan pada spesimen dan dilampirkan dalam bentuk tabel efek utama dan grafik respons. Berikut adalah plot dan tabel pada Gambar 5 dan Tabel 2 di bawah ini.
Gambar 5. Plot rasio S/N
Tabel 2. Sinyal respon terhadap kebisingan
Gambar  3  menunjukkan  bahwa  parameter  tinggi  lapisan  memiliki  kecenderungan  penurunan  tingkat  kekasaran. Kecenderungan tersebut terjadi karena tinggi lapisan merupakan resolusi atau interlayer dari spesimen yang akan dicetak, jadi  semakin  kecil  nilai  tinggi  lapisan  yang  digunakan  maka  semakin  rapat  interlayer  pada  permukaan  spesimen  dan berakhir menjadi permukaan spesimen dan semakin halus. Sementara suhu nozzle dan kecepatan pencetakan parameter tidak menemukan tren, terjadi kenaikan dan penurunan yang konsisten di beberapa titik. Nozel parameter suhu adalah pengaturan  suhu  nozzle  yang  digunakan  dalam  proses  pencetakan.  Jika  suhu  yang  digunakan  terlalu  tinggi,  akan mengakibatkan proses pendinginan yang lama dan berpotensi menyebabkan cacat sink. Selagi Parameter kecepatan cetak adalah kecepatan proses pencetakan dan nozzle yang dijalankan, jadi jika nozzle terlalu cepat, maka proses penempatan layer tidak akan merata dan konsisten. Dan sebaliknya jika gerakan nozzle terlalu lambat maka penempatan lapisan akan menggumpal. Juga berdasarkan Gambar 3, itu adalah menemukan bahwa tinggi lapisan 0,12 mm, suhu nozzle 220°C, dan kecepatan pencetakan 60 mm/s merupakan level dengan hasil cetakan spesimen yang paling optimal.
Hasil ini sesuai  dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh  Pratama (2021)  [8] dan Taufik Ikhwan dkk. (2020) [9]. Dalam penelitian Pratama (2021), plot rasio S/N menunjukkan bahwa tinggi lapisan yang memiliki grafik tren menurun, menunjukkan bahwa parameter sangat fluktuatif. Dengan kata lain, tingkat tambahan pada ketinggian lapisan akan menghasilkan spesimen yang lebih kasar. Sedangkan untuk nozel parameter suhu dan kecepatan pencetakan, tidak ada tren yang ditemukan, yang berarti bahwa di luar tingkat parameter optimal, perubahan parameter tidak menyebabkan perubahan  tambahan  pada  spesimenhasil  kekasaran.  Penelitian  Taufik  Ikhwan  dkk.  (2020)  [9]  juga  mendukung pernyataan ini dimana ada tidak ada peningkatan bertahap dalam parameter kecepatan pencetakan. Tingkat pengaruh parameter proses terhadap respon dapat dilihat pada tabel respon. Tabel respon menunjukkan tingkat pengaruh dengan melihat delta atau nilai yang paling signifikan perbedaan antara tingkat parameter. Tabel respon berdasarkan nilai SNR menunjukkan hasil yang berbeda untuk parameter yang berbeda. Tabel  2 menunjukkan bahwa tinggi lapisan memiliki pengaruh  tertinggi  dengan  nilai  delta  sebesar  14,494  sedangkan  temperatur  nozzle  memiliki  pengaruh  paling  rendah dengan delta sebesar 2,567.
Tabel analisis varians disajikan pada Tabel 3. Kontribusi masing-masing parameter proses untuk respon kekasaran permukaan dapat  dilihat dengan membagi  parameter Seq SS dengan total Seq SS. Setelah dihitung, Setelah dihitung, ternyata parameter yang paling berpengaruh dalam kekasaran level adalah tinggi lapisan dengan persentase 76,9%, diikuti suhu nozzle dengan persentase 9,17%, dan kecepatan cetak dengan porsi 2,89%.

## Tabel 3. Analisis varians parameter proses
Berdasarkan  Tabel  3  dapat  dilihat  bahwa  nilai  F hitung  untuk  setiap  parameter  berbeda-beda.  Dalam  parameter tinggi lapisan, nilai F yang diperkirakan mencapai 6,99, jauh lebih besar dari nilai F tabel, yaitu 4.26. Hal ini membuktikan bahwa  tinggi  lapisan  merupakan  parameter  dengan  pengaruh  paling  signifikan,  yaitu  76,9%.  Sedangkan  suhu  nozzle memiliki nilai F hitung sebesar 0,834, dan kecepatan pencetakan memiliki nilai F estimasi sebesar 0,262, jauh lebih kecil dari nilai F tabel sebesar 4,26. Jadi bisa disimpulkan bahwa parameter yang berpengaruh signifikan adalah tinggi lapisan. Sebaliknya, suhu nosel dan parameter kecepatan pencetakan memiliki sedikit efek dan tidak dapat dinyatakan sebagai pengaruh yang berkontribusi menurut analisis ANOVA.
Pada Gambar 3. Ditemukan bahwa kombinasi parameter tinggi lapisan 0,12 mm, nozzle suhu 220°C, dan kecepatan pencetakan 60 mm/s adalah kombinasi parameter dengan yang paling tingkat kekasaran yang optimal. Namun, dari 16 percobaan  yang  telah  dilakukan,  tidak  ada  eksperimen  dengan  kombinasi  parameter  ini.  Jadi  penulis  melakukan  tes konfirmasi  untuk  memastikan  bahwa  kombinasi  tersebut  menghasilkan  nilai  kekuatan  tarik  tertinggi.  Dalam  uji konfirmasi, kami menemukan bahwa kombinasi tinggi lapisan parameter 0,12 mm, suhu nozzle 220°C, dan kecepatan pencetakan 60 mm/s menghasilkan spesimen dengan parameter tingkat kekasaran dengan rata-rata kekasaran 1.906 µm. Jadi dapat dipastikan bahwa kombinasi membuat spesimen dengan kekasaran paling optimal. Setelah itu, penulis ingin membandingkan  apakah  hasil  keycaps  3D  printing  dapat  bersaing  dengan  keycaps  konvensional  dalam  hal  tingkat kekasaran.  Penulis  memilih  keycaps  dari  keyboard  dengan  merek  Redragon  K630  sebagai  pembanding  dari  3D pencetakan keycaps. Pengujian pada keycaps perbandingan dilakukan dengan metode yang sama dan berulang tiga kali. Setelah pengujian kami menemukan bahwa tingkat kekasaran rata-rata pada Redragon K630 adalah 2,3908 µm

## Gambar 6. Hasil komparasi
Tabel 1 jika dibandingkan dengan enam belas pengujian yang telah dilakukan. Pertama percobaan dengan kombinasi parameter tinggi lapisan 0,12 mm, suhu nozzle 220°C, dan kecepatan cetak 40 mm/s mampu menghasilkan benda uji dengan tingkat kekasaran 2.056 m. Kita dapat disimpulkan bahwa percobaan pertama menghasilkan sampel yang lebih halus dari rata-rata kekasaran di Redragon K630. Sedangkan pada percobaan ketiga dengan kombinasi parameter tinggi lapisan  0,12  mm,  suhu  nozzle  240°C,  dan  kecepatan  pencetakan  60  mm/s,  dan  sebelas  percobaan  dengan  berbagai parameter  tinggi  lapisan  0,20  mm,  suhu  nosel  220°C  dan,  dan  kecepatan  pencetakan  60  mm/s  kedua  percobaan menghasilkan benda uji dengan tingkat kekasaran 2.455 µm dan 3.354 µm. Dimana keduanya membuat spesimen yang lebih kasar dari Redragon K630, untuk hasil perbandingan yang lengkap dapat dilihat pada Gambar 6. Perbandingan ini menunjukkan  bahwa  keycaps  pencetakan  3D  dapat  bersaing  dengan  keycaps  konvensional  dalam hal  dari  kekasaran. Dimana dengan optimasi, dapat menjadikan pencetakan 3D sebagai metode baru untuk manufaktur keycaps. Selain itu, tingkat kekasaran yang dihasilkan oleh 3D printing lebih halus dari konvensional keycaps.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, parameter tinggi lapisan memiliki pengaruh paling tinggi terhadap permukaan kekasaran sebesar 76,9%. Semakin besar nilai tinggi lapisan yang digunakan untuk mencetak spesimen, semakin kasar spesimen akan, di mana nilai level optimum adalah 0,12 mm. Suhu nosel 220°C memiliki respon kekasaran permukaan tertinggi, diikuti oleh 230°C, 240°C, dan 250°C. Suhu nosel memiliki berpengaruh terhadap kekasaran permukaan benda uji dengan kontribusi sebesar 63,6 %. Suhu nosel  memiliki kontribusi  terhadap respon kekuatan tarik  sebesar 9,17%. Kecepatan pencetakan memiliki pengaruh yang paling rendah yaitu 2,89%, sehingga
Tofianto dkk./ ROTASI, Vol. 24 No. 4 (Oktober 2022) Hal. 72-78
suhu  nozzle  dan  kecepatan  pencetakan  dianggap  bukan  merupakan  faktor  yang  mempengaruhi  respon  kekasaran permukaan benda uji. Kombinasi tinggi lapisan parameter 0,12 mm, suhu nozzle 220°C, dan kecepatan cetak 60 mm/s menghasilkan spesimen dengan parameter tingkat kekasaran dengan rata-rata kekasaran 1.906 µm. Dengan kesimpulan bahwa pencetakan 3D keycaps dapat menghasilkan spesimen dengan tingkat kekasaran yang lebih rendah dibandingkan dengan keycaps konvensional.

## Daftar Pustaka
[1] Shahrubudin, N., Lee, T. C., Ramlan, R., Lee, T. C., & Ramlan, R, 2019, “An Overview on 3D Printing Technology : Technological , Materials , and Technology  Applications. Procedia Manufacturing,” 1: 1286– 1296.
[2] Attaran, M, 2017, “The rise of 3 - D printing : The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing.
Business Horizons ,” 60: 1– 12 [3].  Pristiansyah,  Hasdiansyah,  Sugiya rto,  2019,”  Optimasi  Parameter  Proses  3D  Printing  FDM  Terhadap  Akurasi Dimensi Menggunakan Filament Eflex. Manutech : Jurnal Teknologi Manufaktur ,” 11: 34– 40..
[4] Devsingh, D., Reddy, A. R., & Arjula, S, 2018,”Characterization of Additive Manufactured PETG and Carbon Fiber - PETG. International Journal for Research in Engineering Application & Management (IJREAM).” 2: 152 -156.
[5] Srinivasan, R., Prathap, P., Raj, A., Kannan, S. A., & Deepak, V., 2020,” Influence of fused deposition modeling process parameters on the mechanical properties of PETG parts. Materials Today: Proceedings ,”  27:  1877– 1883 [6] Munadi, S, 2017,” Pengukuran Kekasaran Permukaan. Panduan Pengajar Buku Dasar-Dasar Metrologi Industri ,”:
1 – 25.
[7] Peerya Alec, Sormaza Dušan,2018, “3D Printed Composite Keyboard Switches” 17: 357 -362.
[8] Pratama, Y. B. 2021. Analisis Kekasaran Permukaan Proses Mesin 3d Printing pada Filamen ST-PLA Menggunakan Metode Taguchi. Tugas Akhir , Bangka Belitung: Program Diploma VI Program Studi Teknik Mesin dan Manufaktur Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung
[9] Taufik,  I.  Budiono,  H.  S.    Herianto,  H.  Andriyansyah,  D,  2020,  “  Pengaruh  Printing  Speed  Terhadap  Tingkat Kekasaran  Permukaan  Hasil  Additive  Manufacturing  Dengan  Polylactic  Acid  Filament. Journal  of  Mechanical Engineering ,” 4: 15– 20 [10] Soejanto, I., 2009, Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi (Edisi1). Yogyakarta: Graha Ilmu.