Jurnal Penelitian dan Aplikasi Sistem dan Teknik Industri (PASTI) Vol. XVII, No. 1, April 2023, 58-67 p-ISSN 2085-5869/ e-ISSN 2598-4853

## Optimasi Parameter 3D Printing Terhadap Kualitas Produk Bahan Acrylonitrile Butadiene Styrene
Sobron Yamin Lubis 1 ,Abrar Riza 2 , Alvian Hartanto Wijaya 3 ,Silvi Ariyanti 4 1,2,3) Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara Jl. Letjen S. Parman No. 1 Jakarta 11440, Indonesia
4) Prodi Teknik Industri, Fakultas Teknik,Universitas Mercubuana Jl. Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta Barat 11650 Email: sobronl@ft.untar.ac.id, abrarr@ft.untar.ac.id, Alvianhartanto69@gmail.com, Ariyantisilvi41 @gmail.com

## Abstrak
Sebelum  produk  dibuat  dalam  jumlah  massal,  maka  terlebih  dahulu  dibuat  protoype,  pembuatan  prototype cepat ( rapid prototyping) dapat dilakukan dengan 3D printing. Adalah penting untuk menghasilkan kondisi permukaan yang baik yaitu nilai kekasaran permukaan yang kecil menunjukkan kondisi permukaan benda kerja adalah baik. Pada proses 3D printing terdapat tiga parameter proses yang mempengaruhi kondisi permukaan benda kerja tersebut yaitu kecepatan cetak, temperatur  dan tebal layer. Untuk menghasilkan nilai kekasaran permukaan  yang  baik  maka  harus  dapat  ditentukan  kombinasi  parameter  proses  3D  printing  yang  optimal. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini dilakukan. Penelitian dilakukan dengan metode ekseperimental. Percobaan  dilakukan  menggunakan  mesin  3D  printing,  dan  bahan  yang  digunakan  sebagai  filamen  adalah Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). Model didesain menggunakan software fusion 360 berbentuk sebuah piston. Eksperimen ini dilakukan dengan variasi parameter proses yaitu kecepatan printing 60,70, dan 80 mm/s, temperatur 240,250 dan 260 o C, dan tebal layer 0,1, 0,2, dan 0,3 mm.Untuk setiap hasil proses  3D printing dilakukan  pengukuran  kekasaran  permukaan  menggunakan surface  roughness  test .  Nilai  yang  dihasilkan kemudian dianalisis dengan metode Taguchi. Hasil yang diperoleh yaitu kombinasi parameter proses 3D pada kecepatan pencetakan 60mm/s, temperatur pencetakan 240 °C, dan tebal layer 0.1 mm.
Kata Kunci: Kekasaran permukaan, optimasi       parameter, bahan ABS, metode Taguchi .

## Abstract
Rapid  prototyping  is  carried  out  using  selective  laser  sintering  methods,  stereo  lithography  apparatus, laminated  object  manufacturing,  and  fused  deposition  molding.  Among  these  methods  fused  deposition modeling  using  3D  printing  (additive  manufacturing)  is  widely  used  in  prototyping.  In  operation  there  are several parameters that are used to produce good surface conditions. This research was conducted with the aim  of  determining  the  optimal  parameters  for  the  3D  printing  process  of  Acrylonitrile  Butadiene  Styrene (ABS) material in order to produce good quality workpiece products. The research was conducted using the Fused Deposition Modeling method. To achieve the research objective, the 3D printing process is carried out by varying the process parameters. Filament for 3D type ABS. The results of the 3D printing process are then measured for surface roughness to see the quality of the product. Experimental data were analyzed using the Taguchi method. The results obtained to produce good surface quality are using a printing speed of 60 mm/s, a printing temperature of 240 ° C, and a layer height of 0.1 mm.
Keywords : surface roughness, parameter optimization, material ABS. Taguchi Method.

## PENDAHULUAN
Kunci untuk mendapatkan kembali daya saing dalam kebanyakan desain dan industri manufaktur  adalah  kualitas,  produktivitas,  mengurangi  biaya,  kepuasan  pelanggan,  dan responsif dalam membawa produk baru ke pasar.
Tingginya persaingan yang terjadi antar pabrikan hal ini memicu untuk melakukan pengembangan dalam system produksi yang effisien, tepat waktu dan mampu menghasilkan produk berkualitas. Untuk merealisasikan suatu konsep desain agar menjadi bentuk produk massal konsumen juga menuntut proses produksi yang secepat mungkin. Hal yang demikian
mengarahkan  berbagai  pengembangan  proses  produksi  baik  dari  sisi  desain, planning maupun  pelaksanaan  proses  di floor produksi.  Untuk  mencapai  konsep  desain  produksi massal, salah satu metode yang dapat digunakan adalah pembuatan prototype cepat ( rapid prototyping ).  Dalam  dunia  pemrosesan  makro,  pembuatan  prototipe  cepat  atau  additif manufaktur (AM), metode ini sering disebut pencetakan 3D, metode ini begitu cepat popular, karena memungkinkan untuk produksi prototipe yang sesuai dengan desain akhir dalam hal bentuk, kesesuaian dan fungsi (Lifton, 2014).
Kualitas yang baik pada proses 3D di tunjukkan dengan kondisi permukaan yang memiliki
nilai  kekasaran permukaan yang  kecil  (halus), nilai kekasaran permukan  tersebut  untuk setiap prototype produk adalah tidak sama, bergantung kepada nilai yang dihasilkan dari perancangan.  Pada  proses  pencetakan  3D  printing  terdapat  beberapa  parameter  proses yang mempengaruhi dalam pembutan produk tersebut terhadap kekasaran permukaan dan waktu proses yang di capai. Parameter proses tersebut antara lain kecepatan pencetakan, temperatur  pencetakan  dan  tebal  layer.  Adalah  sulit  untuk  menetapkan  kombinasi parameter proses tersebut ketika ingin menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang baik pada saat proses pembentukan prototype bahan ABS. Perbedaan penggunaan parameter proses  tentunya  menghasilkan  kondisi  permukaan  yang  berbeda  pula,  sehingga  perlu diketahui suatu kondisi parameter proses yang optimum dalam pembuatan prototype yang menggunakan bahan ABS.
Berdasarkan hal  tersebut di  atas, maka penelitian ini  di  lakukan  dengan  tujuan agar dapat menentukan kombinasi parameter proses 3D printing yang optimal ketika menghasilkan produk bahan ABSyang berkualitas baik dengan menggunakan metode Taguchi. Penelitian yang dilakuan oleh Radhwan (2019) menggunakan desain metode eksperimen (respon  surface  method&  metode  Taguchi )  untuk  menentukan  parameter  penting  dan levelnya dalam meningkatkan kekuatan dan permukaan kualitas part dengan melakukan beberapa percobaan.

## TINJAUAN PUSTAKA
Menurut  Tseng  dan  Tanaka  (2000),  bahwa  dalam  penerapan  implementasi rapidprototyping pada proses manufaktur terbukti mampu secara cepat memberikan feed back (umpan  balik)  pada  konsep  desain,  dan  mengeliminasi  ketidak  konsitenan  suatu konsep  desain  sebelum  dilakukan  proses  manufaktur.  Sehingga  secara  signifikan  dapat mereduksi cycle time dalam produksi, meningkatkan kualitas produk dan mereduksi biaya perawatan mesin.
Secara  umum  teknologi layer  manufacturing dalam  prosesnya  tidak membutuhkan  peralatan  bantu  maupun  mesin  perkakas.  Pembuatan  produk  3D  dapat langsung dilakukan dari  data grafis  komputer dan di  cetak menggunakan printer secara lapis demi lapis. (Beaman et al ., 1997).
Manufaktur  aditif  (AM),  umumnya  dikenal  sebagai  pencetakan  3D,  dapat didefinisikan  sebagai  proses  penyambungan  bahan  membuat  bagian-bagian  dari  data model 3D, biasanya dilakukan secara lapis demi lapis (Lee, 2017).
Pencetakan 3D memiliki beberapa keunggulan: (a).dapat menghasilkan part dengan bentuk kompleks, yang sulit diproduksi menggunakan konvensional proses manufaktur; (b) dapat membuat bagian-bagian dengan karakteristik baru (Liu, 2018); dan (c) itu mengurangi surplus  material,  mengurangi  biaya  produksi.  Inilah  alasannya  mengapa  pencetakan  3D menjadi populer dalam jangka waktu yang sangat singkat (Mahmood, 2020).
Proses  rapid  prototyping  pada  dasarnya  bermula  dari  sumber  data  grafis  yang diperoleh dalam bentuk tiga dimensi (3D) desain yang di lakukan dengan menggunakan software fusion 360 sehingga menghasilkan model solid (prototype) ..
Fused Deposition Modeling adalah proses yang menggunakan teknik konvensional serupa,  injection  molding  pembentukan  produk.  Yang  berbeda  tentang  cetakan menggunakan Mesin FDM ini, tidak menggunakan housing atau moulding apapun untuk membentuk produk tetapi menggunakan platform yang memiliki permukaan rata seperti kaca dan baja. Prosesnya melibatkan lelehan plastik atau lilin diekstrusi oleh nosel ujung panas yang menelusuri bagian geometri cross sectional lapis demi lapis (Nazan, 2006) & (Novakova, 2013).
Ekstrusi  material  adalah  salah  satu  proses  pembuatan  aditif  di  mana  material didorong keluar melalui nosel ketika tekanan konstan diterapkan. Bahan yang diekstrusi akan disimpan dengan kecepatan konstan dan mengeras sepenuhnya pada substrat setelah keluar dari nosel (Lee, 2017).
Dengan  mempertimbangkan  semua  parameter,  akurasi  dimensi  terutama dipengaruhi oleh ketebalan lapisan dan kecepatan cetak, sedangkan kekasaran permukaan tergantung pada sudut kemiringan permukaan dan seterusnya ketebalan lapisan. Konsumsi energi dan produktivitas terutama dipengaruhi oleh kecepatan pencetakan dan ketebalan lapisan. Meskipun interaksi antara parameter pencetakan dapat bermanfaat bagi hasilnya, parameter tersebut juga dapat menghambat proses. Secara umum, terlihat jelas ketebalan lapisan dan pencetakan kecepatan mendominasi parameter lain dalam kepentingannya dan biasanya menentukan hasil dari proses pencetakan (Elkasser, 2020).

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  secaran  eksperimental.  Pada  eksperimen  ini  parameter proses divariasikan yaitu: kecepatan, suhu pencetakan, dan tebal layer (lapisan) filament yang dikelurakan melalui nozzle pada 3D printing. Bahan dan peralatan yang di gunakan antara lain:
Gambar 1. Bahan Polimer  ABS

## Gambar 2. 3D Printer
Gambar 3. Alat ukur Kekasaran Permukaan (Surface Roueghnes Test)

## Prosedur Penelitian
Untuk mencapai objektif penelitian tahapan yang di sebagai berikut :
1. Menyiapkan objek dalam bentuk sebuah part elemen mesin (piston) yang kemudian di desain dan di ukur dimensinya.
2. Melakukan pengukuran dimensi objek (piston), dan  membuat  gambar 3D (panjang 60 mm, diameter  54 mm) dan merubah scala menjadi 1:2
3. Melakukan preview pada gambar 3D terhadap objek (piston) untuk melihat  posisi seb el um  di  l a kuk an n   pros es p enc et a kan.  Proses ini dilakukan untuk memastikan bahawa area yang akan di cetak adalah benar.
4. Menentukan parameter prosess 3D printing sebagamiana yang disampaikan pada Tabel 1.
5.
Tabel 1. Parameter Proses 3D Printing No Kecepatan Pencetakan (mm/s) Temp. Pencetakan (°C) Tebal layer (mm) 1 60 240 0.1 2 70 250 0.2 3 80 260 0.3
1. Melakukan proses pencetakan 3D printing bahan ABS dengan kombinasi parameter sebagai berikut :
Tabel 2. Kombinasi  Parameter Proses 3D Printing Percobaan Kecepatan Pencetakan (mm/s) Temp Pencetakan (°C) Tebal Layer (mm) Nilai Kekasaran Rata-rata (µm) 1 60 240 0.1 Ra 1 2 60 250 0.2 Ra 2 3 60 260 0.3 Ra 3 4 70 240 0.2 Ra 4 5 70 250 0.3 Ra 5 6 70 260 0.1 Ra 6 7 80 240 0.3 Ra 7 8 80 250 0.1 Ra 8 9 80 260 0.2 Ra 9
2. Kemudian membersihkan permukaan spesimen dari kotoran hasil pencetakan.
3. Melakukan  pengamatan  dan  pengukuran  kondisi  kekasaran  permukaan menggunakan Surface Roughness Tester .
4. Melakukan  pengolahan  data  untuk  menentukan  nilai  optimasi  parameter  proses dengan metode Metode Taguchi .
5. Kesimpulan hasil penelitan.
Flowchart penelitian disampaikan pada gambar berikut :

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengukuran kekasaran permukaan specimen disampaikan pada Tabel.3 :
Tabel 3. Nilai Kekasar Permukaan
Percobaan Kecepatan Pencetakan (mm/s) Suhu Pencetakan (°C) Tebal Layer (mm) Nilai Ra Rata-Rata Bagian Atas Bagian Tepi Bawah Bagian Tepi Atas 1 60 240 0,1 0,171 6,227 2,570 2 60 250 0,2 0,307 8,850 1,556 3 60 260 0,3 1,318 9,015 1,519 4 70 240 0,2 2,200 9,792 2,252 5 70 250 0,3 3,214 9,288 1,434 6 70 260 0,1 0,532 6,404 1,631 7 80 240 0,3 0,701 6,555 2,629 8 80 250 0,1 0,624 9,511 2,451 9 80 260 0,2 1,888 9,492 2,811
Data yang di peroleh sebagaimana yang disampaikan pada Tabel 8, kemudian dilakukan perhitungan dengan methode Taguchi menggunakan aplikasi Minitab. Hasil perhitungan untuk masing-masing parameter proses disampaikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Means
Berdasarkan Gambar 5. Dapat diketahuia level parameter proses sebagaimana disampaikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Nilai Mean Level Kecepatan Pencetakan (mm/s) Suhu Pencetakan (°C) Tebal Layer (mm) 1 3,504 3,677 3,347 2 4,083 4,137 4,350 3 4,074 3,846 3,964
Perhitungan Metode Taguchi:
1. Menghitung Nilai Mean Seluruh Percobaan
𝑦 = ∑ 𝑦 𝑁 (1)
𝑦 = 0,1701 + 0,307 + 1,318 + 2,200 + ⋯ + 1,631 + 2,629 + 2,451 + 2,811 27 𝑦 = 104,942
27 = 3,887 2. Nilaii Total Sum Of Square 𝑆𝑇 = ∑ 𝑦 2 (2) ST = 0,1701 2 + 0,307 2 + 1,318 2 + 2,200 2 +…+ 2,629 2 + 2,451 2 + 2,811 2 ST = 708,756
3. Nilai Sum Of Square Due to Mean : Sm = nӮ 2 (3)
Sm =  27 x 3,887 2 Sm =  407,937 4. Sum Of Square Due to Factor : SA = N A1 x (A1 2 ) + N A2 x (A2 2 ) + N A3 x (A3 2 ) – Sm (4)
= 9 x (3,504 2 ) + 9 x (4,083 2 ) + 9 x (4,074 2 ) – 407,937 = 1,986 SB = N B1 x (B1 2 ) + N B2 x (B2 2 ) + N B3 x (B3 2 ) – Sm (5)
= 9 x (3,677 2 ) + 9 x (4,137 2 ) + 9 x (3,846 2 ) – 407,937 = 0,888 SC = N C1 x (C1 2 ) + N C2 x (C2 2 ) + N C3 x (C3 2 ) – Sm (6)
= 9 x (3,347 2 ) + 9 x (4,350 2 ) + 9 x (3,964 2 ) – 407,937 = 4,596
5. Sum Square Due to Error
Se = ST – Sm – SA – SB – SC (7) = 708,756 – 407,937 – 1,986 – 0,888 – 4,596 = 293,349
6. Mean Sum of Due to Error
𝑀𝑠𝑒 = 𝑆 𝑒 𝑉 𝑒 (8)
𝑀𝑠𝑒 = 293,349 27 = 10,864
7. Derajat kebebasaan dari sumber variasi V A/B/C = Jumlah level – 1 = 3 – 1 = 2 (9)
8. Mean Sum of Square Due to Factors
M qA = SA / V A = 1,986 /2 = 0,993
(10) M qB = SB / V B = 0,888 /2 = 0,444 (11) M qC = SC / V C = 4,596 /2 = 2,298 (12) 9. Pure Sum Of Square :
SA Ra =  M qA – V A x MS e = 0,993 – 2 x 10,864 = -20,735 (13) SB Ra =  M qB – V B x MS e = 0,444 – 2 x 10,864 = - 21,284 (14) SC Ra =  M qC – V C x MS e = 2,298 – 2 x 10,864 = -19,43 (15)
10. Percent Contribution : pA = SA ST x100 = 1,986
747 x100 = 26,5%
(16)
pB = SB ST x100 = 0,888 747 x100 = 11,8% (17)
pC = SC ST x100 = 4,596 747 x100 = 61,5% (18)
11. Nilai signal to noise ratios (SNR) Taguchi
Menggunakan aplikasi minitab dilakukan perhitungan  untuk  mencari nilai signal  to  noise  ratios dengan hasil sebagaimana disampaikan pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Signal to Noise
Berdasarkan Gambar 5 kemudian ditentukan level smaller is better dari SNR sebagaimana ditampilkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Nilai Signal to Noise Ratios Taguchi Smaller is Better Level Kecepatan Pencetakan (mm/s) Suhu Pencetakan (°C) Tebal Layer (mm) 1 -13,55 -13,17 -12,85 2 -14,10 -14,86 -15,02 3 -14,21 -13,83 -13,99
Sedangkan nilai rata-rata SNR untuk setiap parameter percobaan di peroleh sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Rata-Rata SNR dari Setiap Parameter Percobaan
Percobaan Sinal To Noise Ratios Rata-Rata 1 -11,800 -13,548 2 -14,305 3 -14,539 4 -15,473 -15,060 5 -15,170 6 -11659 7 -12,251 -14,212 8 -15,090 9 -15,296
12. Setting Level Optimum
Setelah dilakukan analisis data dengan menggunakan Metode Taguchi Maka setting level optimum diketahui  dari grafik  ya ng di s am pai kan p ad a G am ba r.5  ant a ra l ai n :
Kecepatan Pencetakan (A)
: level 1: yaitu pada kecepatan: 60 mm/s Suhu Pencetakan (B) : level 1: yaitu pada suhu:240 ° C Tebal Layer (C)
: level 1: yaitu sebesar : 0,1mm

## PENUTUP Simpulan
Setelah dilakukan analisis data maka dapat di simpulkan bahwa kualitas permukaan benda kerja yang baik di hasilkan pada kombinasi parameter proses 3D dengan kecepatan pencetakan  60mm/s,  temperature  penceetakan  240 ° C,  tinggi  lapisan  0.1  mm.  Nilai tersebut  diperoleh  berdasarkan  analisis  data  menggunakan  metode  Taguchi  yang membuktikan bahwa Nilai signal to noise ratios smaller is better menunjukkan bahwa nilai kekasaran permukaan yang kecil merupakan kulitas produk bahan ABS yang baik. Selain kekasaran  permukaan  yang  baik,  adalah  penting  juga  untuk  mengetahui  kekuatan  hasil proses 3D printing, sehingga dapat dipastikan produk yang dihasilkan memiliki kekuatan yang  baik,  oleh  karena  itu  untuk  pengembangan  penelitian  ini  dilakukan  pengujian kekuatan hasil proses 3D printing untuk jenis bahan polymer ABS.

## DAFTAR PUSTAKA
A.  Lifton,  V.,  Lifton,  G.,  &  Simon,  S.  (2014).  Options  for  additive  rapid  prototyping methods  (3D printing) in  MEMS technology. Rapid  Prototyping  Journal , 20 (5), 403-412.
Beaman, J. J., Barlow, J. W., Bourell, D. L., Crawford, R. H., Marcus, H. L., & McAlea, K. P. (1997). Solid freeform fabrication: a new direction in manufacturing (Vol. 2061, pp. 25-49). Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers.
Christopher, A., & Lubis, M. S. Y. (2021). Studi Komparasi Pengaruh Kedalaman Potong Pembubutan  Logam  terhadap  Kekasaran  Permukaan  Menggunakan  Mata  Pahat Keramik. Jurnal Syntax Admiration , 2 (2), 162-172.
Elkaseer, A., Schneider, S., & Scholz, S. G. (2020). Experiment-based process modeling and optimization for high-quality and resource-efficient FFF 3D printing. Applied Sciences , 10 (8), 2899.
Kesner,  S.  B.,  &  Howe,  R.  D.  (2011).  Design  principles  for  rapid  prototyping  forces sensors  using  3-D printing. IEEE/ASME  Transactions  on  mechatronics , 16 (5), 866-870.
Lee, J. Y., An, J., & Chua, C. K. (2017). Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials. Applied materials today , 7 , 120-133.
Li, N., Li, Y., & Liu, S. (2016). Rapid prototyping of continuous carbon fiber reinforced polylactic  acid  composites  by  3D  printing. Journal  of  Materials  Processing Technology , 238 , 218-225.
Liu,  L.;  Ding,  Q.;  Zhong,  Y.;  Zou,  J.;  Wu,  J.;  Chiu,  Y.L.;  Li,  J.;  Zhang,  Z.;  Yu,  Q.;  Shen,  Z. Dislocation  network  in  additive  manufactured  steel  breaks  strength–ductility  trade-off. Mater. Today 2018, 21, 354–361.
Macdonald, E., Salas, R., Espalin, D., Perez, M., Aguilera, E., Muse, D., & Wicker, R. B.
(2014).  3D  printing  for  the  rapid  prototyping  of  structural  electronics. IEEE  access , 2 , 234-242.
Mahmood, M. A., Visan, A. I., Ristoscu, C., & Mihailescu, I. N. (2020). Artificial neural network algorithms for 3D printing. Materials , 14 (1), 163.
Nazan, M. A., Ramli, F. R., Alkahari, M. R., Sudin, M. N., & Abdullah, M. A. (2006). Process  parameter  optimization  of  3D  printer  using  response  surface method. Methodology , 15 , 17.
Novakova-Marcincinova,  L.,  &  Novak-Marcincin,  J.  (2013).  Experimental  testing  of materials  used  in  fused  deposition  modeling  rapid  prototyping  technology. In Advanced Materials Research (Vol. 740, pp. 597-602). Trans Tech Publications Ltd.
Radhwan, H., Shayfull, Z., Abdellah, A. E. H., Irfan, A. R., & Kamarudin, K. (2019, July). Optimization  parameter  effects  on  the  strength  of  3D-printing  process  using Taguchi method. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2129, No. 1, p. 020154). AIP Publishing LLC.
Stampfl,  J.,  &  Liska,  R.  (2005).  New  materials  for  rapid  prototyping applications. Macromolecular Chemistry and Physics , 206 (13), 1253-1256.
Starosolski, Z. A., Kan, J. H., Rosenfeld, S. D., Krishnamurthy, R., & Annapragada, A. (2014).  Application  of  3-D  printing  (rapid  prototyping)  for  creating  physical models of pediatric orthopedic disorders. Pediatric radiology , 44 , 216-221. Tseng,  A.  A.,  &  Tanaka,  M.  (2000,  November).  Advanced  deposition  techniques  for freeform  fabrication  of  metal  and  ceramic  parts.  In ASME  International Mechanical  Engineering  Congress  and  Exposition (Vol.  19166,  pp.  305-313).
American Society of Mechanical Engineers.