Volume 4 Nomor 2, Desember 2021 e-ISSN : 2614-1574 p-ISSN : 2621-3249

## RANCANG BANGUN 3D PRINTER MENGGUNAKAN SISTEM AUTO LEVELING DENGAN MIKROKONTROLER

## DESIGN 3D PRINTER USING AUTO LEVELING SYSTEM WITH MICROCONTROLLER
Yofa Mailani 1 , Oriza Candra 2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang E-mail:yofamailani1998@gmail.com

## ABSTRACT
This research focuses on microcontroller-based 3d printers. aim to design a 3d printer with an auto level system. The benefit of this research is to produce a 3d printer that is cheap and easy to use. The method in this tool is an experiment. The tool works by designing the object to be printed, then the design is forwarded to the LCD monitor, don't forget to set the probe offset distance as a reference when printing and filling the filament, then the tool will work automatically. After testing the results, it is known that the tool runs as expected. by using this auto leveling system, there is no need to manually calibrate which takes a long time because the heated bed used has been made equal so that it can reduce damage to the resulting object.
Keywords : 3d Printer, Auto Leveling, Mikrokontroller

## ABSTRAK
Penelitian ini berfokus pada printer 3d berbasis mikrokontroler.  Bertujuan untuk merancang printer 3d dengan sistem auto level. Manfaat dari penelitian ini adalah menghasilkan printer 3d yang murah dan mudah digunakan. Metode pada alat ini adalah percobaan. Alat bekerja dengan cara mendesain objek yang akan dicetak, kemudian desain diteruskan ke monitor LCD, jangan lupa untuk mengatur jarak  probe offset sebagai acuan saat mencetak dan mengisi filamen, maka alat akan bekerja secara otomatis. Setelah dilakukan pengujian hasil diketahui bahwa alat  berjalan  sesuai  yang  diharapkkan.  dengan  menggunakan  sistem  auto  leveling  ini  tidak  perlu  melakukan kalibrasi  secara  manual  yang  memakan  waktu  lama  karena  heated  bed  yang  digunakan  sudah  dibuat  sama sehingga dapat mengurangi kerusakan pada objek yang dihasilkan.
Kata Kunci : 3d printer, auto level, mikrokontroler

## PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  saat  ini telah  menuai prestasi untuk  terus berkarya dan  berinovasi  dalam  segala  aspek pengetahuan. Pengetahuan tersebut meliputi ilmu teknik, ilmu kedokteran, ilmu komunikasi  dan  masih  banyak  lagi  ilmu pengetahuan lain yang terus dikembangkan, dengan tujuan untuk mempermudah  urusan  dan  pekerjaan manusia. Perkembangan teknologi tersebut telah diterapkan dalam dunia industry, baik itu  industry  skala  menengah,  maupun industry skala kecil(Candra, 2016; Prayogi &  Candra,  2021).  Teknologi  Manufaktur aditif  yakni  pencetakan  3  dimensi  yang
menggunakan  ektrusi  termoplastik  dengan pembuatan (Muliyawan et al., 2017).
Pembuatan  prototype  3D  printer memiliki  keuntungan  yaitu  waktu  yang digunakan  lebih  singkat  dibandingkan dengan  kovensional  (Firdaus  et  al.,  n.d.). Prototyping yaitu  model  awal  pembuatan produk digunakan(Pahlevi et al., 2021).
Pembuatan  benda  tiga  dimensi dalam sebuah desain digital menjadi bentuk 3D yang  dapat  disentuh  serta  memiliki volume merupakan proses 3D printing, 3D printer bisa  mencetak  benda  berdimensi tiga, yang berupa gambar atau tulisan serta bentuk  pola  rumit.  Tahapan  proses pencetakan  gambar  dibuat  menggunakan software pada computer, software
Computer  Aided  Engineering (CAD), melaui  pemindai  3D.  Proses  pembentukan data  digital  dalam  bentuk  dan  tampilan objek  nyata  menjadikan  desain  digital merupakan  pemindaian  3D(K.  S.  Putra  et al.,  2018).  Penggunaan  teknologi  3D printing untuk  proses  manufaktur  terus berkembang serta penggunaannya semakin luas  seperti  UKM  (usaha  kecil  dan menengah)  yang  menggunakan    3D (Ismianti & Herianto, 2018).
Penelitian mengenai alat 3D printer sudah  pernah  dibuat  sebelumnya  tetapi membutuhkan waktu lama saat pengkalibrasian  dan  kurang  efisien  pada alat 3D  printer tersebut,  yaitu  pada penelitian Rizky Bagaskara Lubis
mahasiswa  teknik  elektro  Universitas Muhammadiyah  Sumatera  Utara  dengan judul  “perancangan  program printer 3D menggunakan motor dc 5 volt dan arduino mega  2560”  alat  3d  ini  mampu  mencetek namun  terkadang  masih  belum  sempurna bentuk dan hasilnya, maka agar akurat dan lebih  efisien  dibutuhkannya  kalibrasi  pada nozel dan meja pemanas untuk memproses pencetakan  agar  lebih  baik  hasilnya, kalibrasi  yang  dilakukan  secara  otomatis membutuhkan perangkat keras dan kerumitan  yang  tinggi,  maka  sebuah  cara untuk  kompensasi  pada  ketidaksejajaran, digunakan sistem auto level, hasil dari auto level  tidak  terjadi  sebelum  pencetakan seperti  kalibrasi,  tapi  berjalan  seiring dengan pencetakan(Januaji et al., 2016).
Pada pembuatan alat 3D printer ini penulis  melakukan  pengembangan  dengan menggunakan  sistem  auto  level,  sehingga lebih efektif dan akurat. Serta menggunakan  motor  servo  serta  sensor limit  switch  sebagai  touching  sensor  auto leveling  dan  arduino  mega  2560  sebagai pusat  kontrol.  Data  akan  diubah  menjadi data digital dengan arduino (Anggriawan & Candra, 2020; Buana et al., 2018; Lestari & Candra, 2021). Mikrokontroler ATmega 32 yaitu  salah  satu  jenis  IC  mikrokontroller yang  kapasitasnya  lebih  lengkap  (Asmi  &
Candra,  2020;  Aswardi  et  al.,  2019; Kusuma & Candra, 2021).
Tujuan  penelitian  ini  yaitu  untuk merancang, membangun 3D printer , mempelajari karateristik, dan menganalisis 3D  printer dengan auto  leveling berbasis arduino mega.
Jadi,  manfaat  dari  penelitian  ini adalah mengetahui cara merancang sebuah 3D  printer dengan  sistem  auto  leveling berbasis  arduino  mega  2560  yang  lebih akurat dan efisien penggunaannya sehingga dapat  menghasilkan  cetakan/  produk  yang lebih  baik  serta  dapat  mengetahui  prinsip kerja dari 3D printer.

## METODE
Metode  pada  penelitian  alat 3D  printer ini berbentuk  percobaan.  Metode  ini terdapat perancangan hardware dan software.

## Blok Diagram
Blok  diagram  adalah  gambaran  awal dari rangkaian sistem yang akan dirancang, setiap  bagian  blok  diagram  mempunyai fungsi  masing-masing.  Blok  diagram  ini menjelaskan bagaimana alat bekerja sesuai dengan  sebab  dan  akibat  antara  masukan dan  keluaran(M.Hafiz  &  Candra,  2021). Adapun  blok  diagram  dari  sistem  yang dirancang seperti Gambar 1 berikut :

## Gambar 1. Blok Diagram 3D Printing
Pada  alat 3D  printer ini  Ramps  1.4 sebagai otak dari mesin cetak tiga dimensi yakni  pusat  kontrol  dalam  monitoring 3D printing yang  dihubungkan  ke  arduino mega 2560 yang dapat mengatur penggunaan  seperti  limit  switch,  heated bed,dan  motor  stepper.  Sedangkan  LCD sebagai media monitoringnya yang mengontrol  semua  komponen  bekerja. Seperti  halnya  dapat  menggerakkan  motor X, Y, dan Z.

## Perancangan Hardware
Perancangan  hardware  ini  salah  satu perancangan yang mendukung  tercapainya pembuatan alat. Perancangan hardware alat ini  menggunakan control  Board yang berfungsi sebagai otak dari mesin cetak tiga dimensi berupa Ramps 1.4 yang berfungsi sebagai pusat kontrol dalam monitoring 3D printing, yang  dihubungkan  ke  arduino mega  2560  dan  bersumber  dari  power supply +12 VDC. Sedangkan LCD sebagai media  monitoring yang mengontrol semua komponen bekerja.

## Gambar 2. Rangkaian Keseluruhan 3D Printer

## Perancangan Mekanik
Alat 3D printer ini dibuat dalam bentuk ukuran aluminium profil 30x30

## Gambar 3. Rangkaian Mekanik

## Flowchart
Flowchart yaitu urutan logika atau urutan instruksi  program  pada  suatu  diagram. Flowchart  memberi informasi dengan jelas pengendalian  algoritma,  serta  rangkaian kerja  dari  sistem  yang  dibuat.  Flowchart dari system penelitian ini sebagai berikut :

## Gambar 4. Flowchart Auto Levelig
Gambar 5. Flowchart Sistem Kerja Alat

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tujuan  dari  pengujian  alat  ini  agar dapat melihat alat yang penulis buat bekerja dengan baik atau tidak . begitu juga dengan software  yang  dibuat  apakah  baik  apa tidak,dapat  kita  monitoring  melalui  LCD, monitoring  yang  dilakukan  terus  menerus, dapat  memicu  kerusakan  sistem  tetapi bermanfaat pada pengguna. Dengan adanya sistem monitoring yang baik akan didapatkan hasil pada pengujian yang telah diuji(Putra & Candra, 2021).
Gambar 6. Bentuk Alat Keseluruhan

## Pengujian Mekanik
1. Kalibrasi alas cetak dengan menggunakan sistem auto leveling Bertujan  untuk  mensejajarkan  posisi alas  cetak  terhadap  nozel.  Auto  level sudah diuji dan diatur sebelumnya. Jika ada  kesalahan,  misalnya  karena  posisi sensor tidak sesuai, dapat dilakukan cara mengukurnya seperti berikut (Januaji et al., 2016) : Langkah-langkah mengukur jarak nozzle dengan bed :
1. Dari menu lalu auto home
2. Ke  menu > level  bed .  Sensor  limit switch akan  bergerak  otomatis  dan membaca 9 titik pada meja.
3. Menu > movement > auto bed leveling
> Gerakkan  sumbu  Z,  ukur  jarak  -7, turunkan sampai nozzle mendekati bed kira-kira sekitar selembar kertas HVS, jarak yang pas yakni saat kertas masih mudah ditarik, tetapi sedikit tertahan > save.
4. Simpan  ke  memori dari  menu  > Setting > machine > save .
Alas cetak  diukur pada bagian atas sesuai pada Gambar 36

## Gambar 7. Batas ukur nozel dan meja
2. Persiapan alas cetak
Prosesnya adalah dengan mempersiapkan  permukaan  alas  cetak agar
filament bias menempel. Permukaan alas cetak dapat dibersihkan dengan alkohol, atau tisu.
Gambar 8. Proses pembersihan kaca

## Pengujian Total
Pengujian Keluaran Plastik pada nozel Dilakukan  pengujian  berdasarkan jurnal(Aditya,  2019)  dengan  objek  cetak tebal kubus setebal 0.5 mm dengan ukuran 20 mm x 20 mm x 10 mm. Tebal  0.5 mm ini harus didapatkan dalam satu kali proses ekstrusi dan tolerasi sesuai spesifikasi yakni 0.1  mm.  parameter  yang  terkait  di pengujian  ini  adalah layer  height,  layer width.
Table 1. Percobaan Keluaran Hasil Nozel
Tujuan Parameter Hasil Uji 1 = tebal kubus 0.5 mm -layer Height = 0.1 mm -layer  Width = 0.3 mm 0.32 mm
Uji 2 = tebal kubus 0.5 mm -layer Height = 0.15 mm -layer  Width = 0.35 mm 0.41 mm Uji 1 = tebal kubus 0.5 mm -layer Height = 0.2 mm
-layer  Width
= 0.4 mm 0.5 mm
Gambar 9. Hasil Pengujian Gagal
Gambar 10. Hasil Pengujian Selimut Kubus 0.5 mm

## Pengujian dan Presisi
Pada pengujian ini untuk uji alat 3D printer menggunakan tingkat  presisi  dan  akurasi . Hasil  cetak  memiliki  tingkat  akurasi  serta presisi  baik  ketika  hasil  pengukuran  pada objek  mempunyai  selisih  yang  kecil,  kira- kira 0.1 mm untuk antarobjek, dari 4 benda yang  dicetak  secara  bersama  didapatkan hasil :
Table 2. Hasil Percobaan Akurasi dan Kepresisian Tujuan Parameter Hasil Dengan Ukuran sumbu  X  = 20 mm, -Layer Height  =  0.2 mm Didapatkan ukuran benda adalah presisi
Sumbu  Y  = 20 mm Printing Speed  =  60 mm/s
Contoh  hasil  yang  sudah  didapatkan menurut  jurnal  (Aditya,  2019),  dihitung hasilnya:
Benda 1 sumbu X dan Y = 20.1 mm dan 19.9 mm
Benda 1 sumbu X dan Y = 20.1 mm dan 19.89 mm
Benda 1 sumbu X dan Y = 20.1 mm dan 20.01 mm
Benda 1 sumbu X dan Y = 20.05 mm dan 20.01 mm
Perhitungan digunakan contoh menggunakan data sumbu x,
Rata-rata = 20.1 + 20.05+20.1+20.1 4
= 20.0875 mm
Selisih dari rata-rata = +0.0125, +0.0125, +0.0125, +0.0375
Presisi (abaikan tanda + pada selisih rata- rata)
= 0.0125+0.0125+0.0125+0.0375
4 = 0.0187 mm.
Dari ukuran yang diminta sebesar 20 mm, ukuran  yang  kurang  sesuai  ada  satu, sehingga  dihasilkan  akurasinya  0.1  mm, sedangkan presisinya sebesar 0.0187.
Gambar 11. Pengukuran Pruduk 20 mm
Pengujian Konsumsi Filamen
Pengujian dilakukan agar mengetahui  penggunaan  filament  plastic saat  mencetak  suatu  objek.  Pengujian  ini memiliki panjang dan massa filament yang digunakan  untuk  mencetak.  Dilakukan  uji coba pada objek 20 mm x 20 mm x 10 mm.

## Gambar 12. Benda Uji Massa
Setelah  ditimbang  hasil  yang  didapatkan sesuai yakni 5 gram.
Gambar 13. Pengukuran mssa benda uji
Gambar 14. Massa dan penggunaan panjang filamen menurut software
Contoh perhitungan menurut jurnal (Aditya, 2019) :
Diketahui :
objek uji dengan ukuran 20 mm x 20 mm x 10 mm,
V = 4000mm 3
Diameter filament, D = 1.75 mm
Massa jenis filament, ρ = 1.24 g/cm 3
Jadi:
Massa benda uji terukur = 5 gram
Panjang Filament menurut software,
Ɩ = 1.70 m
Massa benda menurut software, m = 5 gram
Panjang filamen untuk benda uji,
Ɩ = V benda uji / L filament
= 4000 mm 3 / ((π/4)D 2 ) = 4000 mm  / ((3.14/4) 1.75 2 𝑚𝑚 2 ) = 4000 mm 3 / (0.748 ) 3.0625 𝑚𝑚 2 )
= 4000 𝑚𝑚 3 /2.3 𝑚𝑚 2
= 1739,6 mm  ͌  1.7 m
Massa benda uji (perhitungan),
m hitung = V . ρ
= 4000 mm 3 . 1,24 g/cm 3 = 4 cm 3 . 1.24 g/cm 3
= 4,96 gram  ͌  5 gram
Dari pengujian,  hasil dari panjang filamen dan  berat  produk  yang  didapatkan  sesuai dengan software dan perhitungan.

## SIMPULAN
Berdasarkan  proses  perancangan,  serta pengujian  alat  didapatkan  kesimpulan yakni:
1. Menggunakan  kalibrasi  pada  nozzle dan meja pemanas untuk memproses pencetakan  agar  lebih  baik  hasilnya dengan    menggunakan  sistem  auto level yang akan membuat meja datar sehingga
mengurangi
kemiringan/kerusakan pada objek.
2. Alat 3D printer sistem auto level ini dapat  diaplikasikan  dengan  arduino mega,  board  Ramps  1.4, firmware marlin,  serta  probe  yang  terdiri  dari
servo dan limit switch.
3. Proses cetak tiga dimensi menggunakan  system  auto  leveling berbasis arduino mega 2560 memerlukan  proses  awal,  seperti mengatur  parameter  pada  perangkat lunak sehingga produk yang dihasilkan lebih baik.

## DAFTAR PUSTAKA
Aditya,  L.  (2019).  PROTOTIPE  3D PRINTER BERBASIS

## MIKROKONTROLER ARDUINO
MEGA  2560. President  University , April .
Anggriawan,  R.,  &  Candra,  O.  (2020).
Rancang  Bangun  Pengaman  Pintu Ruang  Kuliah  Menggunakan  Sensor Fingerfrint Berbasis Arduino Mega2560. JTEV  (Jurnal  Teknik Elektro Vokasional)
Asmi,  J.,  &  Candra,  O.  (2020).  Prototype Solar  Tracker  Dua  Sumbu  Berbasis Microcontroller Arduino Nano dengan Sensor  LDR. JTEV  (Jurnal  Teknik Elektro Dan Vokasional) .
Aswardi, Candra, O., & Saputra, Z. (2019).
Sistem  Pemanas  Logam  dengan Induction Heater Berbasis Atmega32. Seminar FORTEI .
Buana,  Z.,  Candra,  O.,  &  Elfizon.  (2018).
SISTEM PEMANTAUAN

## TANAMAN
SAYUR DENGAN MEDIA  TANAM  HIDROPONIK MENGGUNAKAN ARDUINO.
Jurnal Inovasi Fisika Indonesia (IFI) .
Candra, O. (2016). Rancang Bangun Sistem Kontrol  Bucket  Elevator  Berbasis Mikrokontroler .https://doi.org/10.312 27/osf.io/qm872
Firdaus, M. B., Ulum, M., Ibadillah, A. F.,
Haryanto, Alfita, R., & Wibisono, K.
A.  (n.d.). RANCANG  BANGUN PRINTER 3D BERBASIS MIKROKONTROLLER DAN BLUETOOTH .
Ismianti,  &  Herianto.  (2018).  Framework Prediksi  Penggunaan  3D  Printing  Di Indonesia Pada Tahun 2030. IENACO(Industrial Engineering National Conference) , 2013 , 546–553.
Januaji, Z., Nugroho, T. A., & Hutagalung, M.  (2016).  Kompensasi  Kemiringan Nampan Printer Tiga Dimensi Menggunakan  Auto  Level  Switch. Jurnal Telematika , 11 (1), 7–14.
Kusuma,    yanda  P.,  &  Candra,  O.  (2021). Rancang  Bangun  Alat  Pengering Pisang  Sale  Berbasis  Mikrokontroler dan Internet of Things ( IoT ). JTEIN:
Jurnal Teknik Elektro Indonesia , 2 (2), 210–216.
Lestari,  A.,  &  Candra,  O.  (2021).  Sistem Otomasi  Pensortiran  Barang  berbasis
Arduino  Uno. JTEV  (Jurnal  Teknik Elektro Dan Vokasional) , 7 (1), 27–36.
M.Hafiz, & Candra, O. (2021).
Perancangan Sistem Pendeteksi Kebakaran  Berbasis  Mikrokontroller dan Aplikasi Map dengan Menggunakan IoT. JTEV , 7 (1), 53–63.
Muliyawan,  M.  D.,  Pramono,  G.  E.,  &
Sumadi. (2017). RANCANG BANGUN  KONTRUKSI  RANGKA MESIN 3D PRINTER

## TIPE CARTESIAN  BERBASIS  FUSED
DEPOSITION  MODELING  (FDM).
Jurnal  Teknik  Mesin  Mercu  Buana ,
06 , 1–6.
Pahlevi,  R.,  Kusnadi,  M.  B.,  &  Setiawan, M.  A.  (2021).  KONTROL  3D
PRINTER  BERBASIS  ARDUINO. Seminar  Nasional  Inovasi  Teknologi
Terapan .
Prayogi, R., & Candra, O. (2021). Rancang
Bangun  Alat  Pendeteksi  Pencurian Barang Pada Truk Muatan Menggunakan  Sensor  PIR  berbasis SMS Gateway. JTEIN: Jurnal Teknik Elektro  Indonesia , 2 (2),  155–161. https://doi.org/10.24036/jtein.v2i2.15
2
Putra,  D.  D.,  &  Candra,  O.  (2021). Monitoring  Status  Gangguan  Listrik Pada  Saluran  Distribusi  Berbasis Arduino. JTEV , 7 (1),
Putra,  K.  S.,  Ds,  S.,  Sari,  U.  R.,  &  Ds,  S. (2018).  Pemanfaatan  Teknologi  3D Printing Dalam Proses Desain Produk Gaya Hidup. Seminar Nasional Sistem Informasi  Dan  Teknologi  Informasi , 1–6.