## ANALISA POLA SPESIMEN PLASTIK UJI PUKUL CHARPY DENGAN MENGGUNAKAN PRINTER 3D
Etik Puspitasari
Jurusan Teknik Mesin  Politeknik Negeri Malang Email  :  etikpuspitasari@yahoo.com

## ABSTRACT
Impact  testing  is  needed  to  measure  the  toughness  of  an  object  that  requires  a specimen as material to be requested. Where  Impact testing specimens from metal that be moulded by casting cannot be made perfect because the angles of the notch are very difficult  to  make.  For  this  reason,  researchers  try  to  make  plastic  specimens  produced from 3D printers where notches or angles in the test specimens can be made precisely using a 3D printer. The design pattern of the plastic test specimen was made according to ASTM standard and tested using the Charpy test having a length of 73.6 mm, a width of  12.7  mm  and  a  thickness  of  10  mm,  a  notch  shaped  "V"  with  an  angle  of  45  ° alongside a notch height of 2, 54 mm . after that it is drawn 3D using 3D software then saved in STL file format then opened, saved and printed in the default software of the 3D  printer.  The  variables  researched  are  layer  thickness  and  temperature.  Analysis  of the  plastic  test  specimen  by  using  a  3D  printer  the  first  is  Failed  in  Impact  testing occurred  because  the  placement  of  the  specimen  on  the  charpy  compressive  test instrument laying would not be straight with the pendulum. The notch angle should be straight  with  the  pendulum  by  checking  the  straight  position  by  being  photographed from the back and front of the specimen and pendulum. The second obtains if it gets a gap  in  the  slice  of  the  plastic  specimen  from  the  type  of  layer,  the  energy  provided  is smaller  so  that the energy  absorbed can be read in the testing process  through charpy. The  third  the  plastic  specimens  code  A  and  code  B  is  getting  more  layers,  the  more energy  absorbed. The fourth  which shows the difference in  the nozzle temperature  for the plastic test specimens that are set using a nozzle temperature of 200 ° C, the initial energy given is greater and the specimen is stronger receiving the energy load than test plastic specimen using a 180 ° C temperature nozzle.
Keywords: Charpy test specimens, 3D Design, Notches, Plastic, 3D Printer.

## 1. PENDAHULUAN
Membuat cetakan yang mempunyai pola rumit dengan metode injection moulding terkadang masih mengalami kesulitan. Untuk itu dengan munculnya printer 3D membuat pola atau desain produk yang rumit saat ini begitu mudah. Dengan printer 3D desain yang dibutuhkan  cukup  diinput  ke software gambar  kemudian  di  cetak  seperti  printer-printer pada  umumnya.  Berbeda  dengan  printer  umumnya,  printer  3D  ini  mampu  mencetak produk  sesuai  desain  dengan  tumpukan-tumpukan layer sehingga  menghasilkan  produk 3D  langsung  jadi  tanpa  proses  yang  lama  dan  panjang  seperti  membuat  mould/cetakan
dari  baja  terlebih  dahulu  kemudian  ke  proses  injection  moulding  yang  membutuhkan waktu yang sangat panjang serta biaya yang besar.
Kelebihan printer 3D pekerjaan lebih praktis dan kepresisian hasil produk cukup tinggi. Produk 3D hasil printer cocok dikembangkan sebagai rancangan desain awal atau prototype sebelum  kita  membuat  produk  masal.  Kelemahan  printer  3D  ini  tidak  bisa membuat  produk  secara  masal  karena  lamanya  pembuatan  untuk  satu  produk  dapat memakan  waktu  berjam-jam.  Untuk  itulah  produk  hasil  printer  3D  ini  cocok diaplikasikan sebagai produk untuk prototype atau produk dengan kebutuhan sedikit.
Pola hasil pada penelitian ini berbentuk pola spesimen uji pukul yang mana hasil dari  printer  3D  ini  dapat  digunakan  sebagai  praktek  pengecoran  logam  atau  alumunium untuk kelas praktek di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang yang mana untuk membuat cavity /rongga  yang  akan  dimasukkan  cor  logam  atau  alumunium  didalamnya sehingga  hasil  produk  dari  cor  berbentuk  sesuai  dengan  pola  awal  dari  yang  dihasilkan dari printer 3D yang terbuat dari plastik.
Spesimen  uji  pukul  dari  plastik  tersebut  memiliki  dimensi  yang  dibuat  sesuai standart.  Dimana  spesimen  uji  pukul  yang  biasanya  dari  logam  yang  dicetak  dengan melakukan pengecoran tidak bisa dibuat sempurna karena sudut-sudut takikannya sangat susah dibuat. Untuk itu peneliti mencoba membuat spesimen dari plastik yang dihasilkan dari printer 3D yang mana takikan atau sudut-sudut pada spesimen uji pukul dapat dibuat dengan  presisi.  Spesimen  uji  pukul  dari  plastik  ini  juga  nantinya  dapat  dipakai  untuk membuat  mold  atau  cetakan  pada  proses  pengecoran  sehingga  dengan  dibuatnya spesimen  uji  pukul  yang  presisi  dan  sesuai  standar  maka  diharapkan  mahasiswa  dalam praktek  pengecoran  logam  dapat  berjalan  dengan  lancar.  Selain  itu  ilmu  desain  3D  dan ilmu  pengoperasian    printer  3D  dapat  diajarkan  kepada  mahasiswa  sehingga  dapat menambah ilmu pengetahuan yang baru bagi mahasiswa.
Politeknik Negeri Malang sebagai  pendidikan tinggi  vokasi  khususnya jurusan Teknik  Mesin  mengajarkan  tentang  desain  produk,  perancangan  dan  pengembangan produk  serta  praktek  pengecoran  logam  yang  mana  penelitian  ini  akan  berguna  bagi mahasiswa Jurusan Teknik Mesin.
Dengan latar belakang diatas maka peneliti akan mendesain dan membuat pola spesimen  plastik  uji  pukul  dengan  menggunakan  printer  3D  yang  nantinya  dipakai untuk membuat mold untuk pengecoran logam.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Uji  pukul  berfungsi  untuk  mengukur  ketangguhan  suatu  bahan  atas  pembebanan pukul atau kejut yang mana uji pukul tersebut telah distandartkan oleh Charpy dan Izod. Contoh  pengujian  dapat  dilihat  pada  sepotong  spesimen  yang  ditabrak  suatu  ayunan bandul,  dan  energi  yang  dibutuhkan  untuk  merusaknya  adalah  yang  diukur. (Syamsul,2016)
Ukuran  spesimen  harus  memenuhi  standart  ukuran  dan  sesuai  material  dari spesimen  tersebut  biasanya  yang  dipergunakan  standart  ASTM,  terlebih  lagi  untuk standart  dan  pengujian  material  plastik  juga  menggunakan  standart  ASTM (peraro,2000).  Standart  spesimen    plastik  ukuran  persegi  empat  yaitu  12,7  mm  kali panjangnya 6,4tergantung daripada tebal bahan. Selain itu Kecepatan ayun bandul untuk spesimen logam antara 3 dan 4 m/s dan untuk bahan plastik kecepatannya lebih rendah dengan 2,44 m/s. (Syamsul,2016)
Persamaan  energi  potensial  untuk  menghitung  energi  yang  diserap  material sebagai berikut (Syamsul,2016):
Ep = m x g x h dimana :
Ep = energi sebelum tumbukan (J) m = massa pendulum/bandul (kg) g = gravitasi (m/s2)
h = tinggi pendulum/bandul sebelum tumbukan terhadap acuan (m) atau juga bisa dirumuskan dengan :
Ep = Ep’ + EI
m.g.h    = m’.g’.h’ + EI
EI = Ep – Ep’
dimana :
Ep = energi sebelum tumbukan (J)
Ep’ = energi setelah tumbukan (J)
EI = energi Impact h’ = tinggi pendulum/bandul sesudah tumbukan (m)
a. Mencari nilai h :
x = cos α . panjang lengan Uji pukul Charphy
L = h + x h = L – x
b. Mencari nilai h’ :
x = cos α . panjang lengan Uji pukul Charphy
L  = h’ + x h’ = L – x
c. Mencari nilai EI
EI= Ep – Ep’ = (m.g.h)- (m’.g’.h’)
d. Mencari nilai HI
A= (lebar spesimen-panjang kedalaman takikan) x tebal
e. HI =

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Desain Spesimen Plastik Uji Pukul
Gambar 2. Gambar 2D Detail spesimen plastik Uji pukul Charpy
Gambar 3. Gambar 3D Detail spesimen plastik Uji pukul Charpy
Alat Penelitian dan Proses Pembuatannya
Gambar 4. Printer 3D Tampak Depan
Gambar 5. Program dalam Printer 3D
Gambar 6. Proses pembuatan Spesimen A1-1
Gambar 7. Alat Uji Pukul Charpy
Gambar 8. Contoh Hasil Spesimen Uji Pukul Charpy Dengan Printer 3D Yang Masih dengan Landasan Cetakan
Gambar 9. Contoh Hasil Spesimen Uji Pukul Charpy Dengan Printer 3D
Gambar 10.  Contoh Hasil Uji Pukul Charpy A1
Gambar 11.  Contoh Hasil Uji Pukul Charpy B1
Tabel 1.  Hasil Perhitungan EI dan HI
Desain  pola  spesimen  plastik  uji  pukul  dibuat  sesuai    standart  ASTM  dan  diuji menggunakan  uji  Charpy.  Yang  mana  mempunyai  panjang  73,6  mm,  lebar  12,7  mm  dan tebal  10  mm.  Selain  itu  takikan  berbentuk  huruf  “V”  dengan  sudut  45°  posisi  ditengah dengan  kedalaman  takikan  sebesar  2,54  mm.  setelah  itu  digambar  3D  menggunakan software  3D  lalu  disimpan  dengan  format  file  STL  lalu  dibuka,  disimpan  dan  diprint  di software bawaan dari printer 3D.
Analisa  pola  spesimen  plastik  uji  pukul  dengan      menggunakan  printer  3D  adalah sebagai berikut :
a.  Failed pada tes uji pukul terjadi karena peletakan spesimen pada alat uji pukul charphy peletakan takikan tidak lurus dengan bandul. Seharusnya sudut titik takikan harus lurus dengan  bandul  dengan  cara  mengecek  posisi  yang  lurus  dengan  cara  difoto  dari belakang dan depan terhadap spesimen dan bandul.
b.  Sehingga dapat diperoleh hipotesis sementara jika semakin renggang irisan dari dalam spesimen plastik uji pukul menurut jenis tebal layer maka energi yang diberikan harus lebih kecil agar energi yang diserap dapat terbaca pada proses uji pukul charpy
c. Pada Spesimen plastik Kode A dan kode B diketahui semakin tebal layer maka energi yang diserap semakin besar.
Kode Spesimen Suhu Nozzle Tebal Layer Tinggi Awal (h) Tinggi Akhir (h') EI HI Jenis Plastik (°C) (mm) (derajat) (derajat) (Joule) (Joule/mm2) Patahan 1 A1-1 200 0,1 20
18 49,216 0,491 Getas 2 A1-2 200 0,1 20
18 49,216 0,491 Getas 3 A2-1 200 0,15 20
16 98,431 0,981 Getas 4 A2-2 200 0,15 20
16 98,431 0,981 Getas 5 A3-1 200 0,2 20 20 0,000 0,000 Getas 6 A3-2 200 0,2
18 14 98,431 0,981 Getas 7 B1-1 180 0,1 20
18 49,216 0,491 Getas 8 B2-2 180 0,1 20 Failed - - Getas 9 B2-1 180 0,15 Failed Failed - - Getas 10 B2-2 180 0,15
18 14 98,431 0,981 Getas 11 B3-1 180 0,2 20 Failed - - Getas 12 B3-2 180 0,2
16 14 49,216 0,491 Getas No
d.  menurut  perbedaan  suhu  nozzle  untuk  spesimen  plastik  uji  pukul  yang  disetting menggunakan  suhu  nozzle  200°C,  energi  awal  yang  diberikan  lebih  besar  dan spesimen lebih kuat menerima beban energi daripada spesimen plastik uji pukul yang disetting menggunakan suhu nozzle 180°C.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
1.    Desain  pola  spesimen  plastik  uji  pukul  dibuat  sesuai    standart  ASTM  dan  diuji menggunakan uji Charpy. Yang mana mempunyai panjang 73,6 mm, lebar 12,7 mm dan tebal 10 mm. Selain itu takikan berbentuk huruf “V” dengan sudut 45° posisi ditengah dengan  kedalaman  takikan  sebesar  2,54  mm.  setelah  itu  digambar  3D  menggunakan software 3D lalu disimpan dengan format file STL lalu dibuka, disimpan dan diprint di software bawaan dari printer 3D.
2. Analisa pola spesimen plastik uji pukul dengan   menggunakan printer 3D adalah sebagai berikut :
a.  Failed pada tes uji pukul terjadi karena peletakan spesimen pada alat uji pukul charphy peletakan takikan tidak lurus dengan bandul. Seharusnya sudut titik takikan harus lurus dengan  bandul  dengan  cara  mengecek  posisi  yang  lurus  dengan  cara  difoto  dari belakang dan depan terhadap spesimen dan bandul.
b.  Sehingga dapat diperoleh hipotesis sementara jika semakin renggang irisan dari dalam spesimen plastik uji pukul menurut jenis tebal layer maka energi yang diberikan harus lebih kecil agar energi yang diserap dapat terbaca pada proses uji pukul charpy
c. Pada Spesimen plastik Kode A dan kode B diketahui semakin tebal layer maka energi yang diserap semakin besar.
d.  menurut  perbedaan  suhu  nozzle  untuk  spesimen  plastik  uji  pukul  yang  disetting menggunakan  suhu  nozzle  200°C,  energi  awal  yang  diberikan  lebih  besar  dan spesimen lebih kuat menerima beban energi daripada spesimen plastik uji pukul yang disetting menggunakan suhu nozzle 180°C.

## Saran
1. Jika nozzle diawal kotor karena plastik keluar terlebih dahulu dan menggumpal maka segera dibersihkan dengan bantuan gunting agar hasil printer lebih lancar dan baik
2. Jaga roll filament plastik PLA tetap dalam gulungan yang rapi jika tidak maka proses pemakanan roll pada nozzle akan terganggu dan melilit sehingga proses pemakanan berhenti tetapi nozzle tetap berjalan tanpa filament plastik.
3. Levelling printer 3D yang baik agar hasil produk dari printer 3D baik.
4. Jangan  menggunakan  software  bawaan  atau  built-in  software  dari  printer  3D  saja, instal program yang lain untuk hasil variabel yang lebih banyak variasi variabelnya.

## DAFTAR PUSTAKA
Ginting, Rosnani. 2010. Perancangan Produk, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta. Hadi Syamsul, 2016. Teknologi Bahan, Penerbit Andi, Yogyakarta.
Hadi Syamsul, 2016. Teknologi Bahan Lanjut, Penerbit Andi, Yogyakarta.
Peraro, James S., and American Society for Testing and Materials. 2000. Limitations of Test Methods for Plastics. ASTM International.
Ulrich, Karl T. and Steven D, Eppinger. 2001. Perancangan dan Pengembangan Produk.
Jakarta: Salemba Teknik
Halaman ini sengaja dikosongkan