Hakim, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 3  (Juli 2019) Hal. 134-139

## Analisa Awal Kekasaran Permukaan Hasil Produksi Mesin Cetak Tiga Dimensi Terhadap Pengaruh Variasi Grit Size Sand Paper
Rahman Hakim a *, Nanang Ali Sutisna b#
a Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Batam
Jalan A. Yani, Batam Center, Kota Batam, Provinsi Kepulauan Riau, Indonesia.
* E-mail: hakim@polibatam.ac.id
b Program Studi Teknik Mesin, Universitas Presiden
Jl Ki Hajar Dewantara, Jababeka Education Park, Cikarang, West Java, 17550, Indonesia
# E-mail: nanang.ali@president.ac.id

## Abstract
The three-dimensional printing one of FDM (Fused Deposition Modeling) type by using PLA material (Polylactid Acid) which is classified as polymer material generally has a rough surface. It requires final work to make the surface smoother. The purpose of this experiment is to find out which size of Grit Size can produce the lowest surface roughness value or in other words has the highest surface smoothness value. One way is to use paper sand with variations in the Grit Size level that is usually displayed in the numeric code on the scrub paper label. In this experiment, we used Grit Size with a size of 1000CW, 1200CW and 1500CW. The test parameters on the three-dimensional printing machine with the Leapfrog Creatr  HS  brand  use  PLA  with  a  diameter  of  1.75mm,  with  a  Nozzle  and  Base  Plate  temperature  of 230 o C and 30 o C, and have a feedrate and infill density of 70%. After three attempts to retrieve the data, we got the results which by using sand paper with grit size 1500CW had the lowest surface roughness (Ra) value, which was 4.392 µm (N8).
Keywords: Leapfrog creatr HS; polylactid acid (PLA); sand paper; surface roughness (Ra)

## Abstrak
Hasil produksi cetak tiga dimensi tipe FDM (Fused Deposition Modeling) dengan menggunakan material PLA (Polylactid Acid) yang tergolong material polymer pada umumnya mempunyai permukaan yang kasar  sehingga  memerlukan  pekerjaan  akhir  untuk  membuat  permukaanya  lebih  halus  lagi.  Tujuan percobaan ini ialah untuk mengetahui ukuran Grit Size mana saja yang bisa menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang paling rendah atau dengan kata lain mempunyai nilai kehalusan permukaan yang paling tinggi. Salah satu caranya ialah dengan menggunakan kertas gosok dengan variasi tingkat Grit Size yang biasa ditampilkan pada kode angka pada label kertas gosok. Pada percobaan kali ini, kami menggunakan Grit Size dengan ukuran 1000CW, 1200CW dan 1500CW. Parameter uji pada mesin cetak tiga dimensi dengan  merek  Leapfrog  Creatr  HS  ini  menggunakan  PLA  berdiameter  1.75mm,  dengan  temperatur Nozzle  dan  Base Plate  sebesar  230 o C  dan  30 o C,  serta  mempunyai  feedrate  dan  infill  density  masing- masing sebesar 70%. Setelah dilakukan percobaan sebanyak tiga kali pengambilan data, kami dapatkan hasil  yang  dimana  dengan  menggunakan  sand  paper  dengan  grit  size  1500CW  mempunyai  nilai kekasaran permukaan (Ra) yang paling rendah, yaitu sebesar 4,392 µm (N8).
Kata kunci: Leapfrog creatr HS; polylactid acid (PLA); kertas gosok; nilai kekasaran permukaan (Ra)

## 1. Pendahuluan
Penggunaan teknologi Fused Deposition Modeling (FDM) mengalami perkembangan yang  signifikan, tidak hanya sebatas pada pengujian di laboratorium [1], [2], namun sudah kearah yang lebih praktis digunakan oleh masyarakat, baik untuk pemodelan tiga dimensi dibidang action figure, medical needs [3] bahkan sampai ke bidang property [4], khususnya teknologi Additive  Manufacturing (AM)  atau  lebih  dikenal  sebagai  teknologi  printer  tiga  dimensi  yang  menggunakan bahan baku polymer [5] . Penerapan teknologi pemodelan tiga dimensi dengan menggunakan material polymer ini sering digunakan oleh klub aeromodelling untuk pembuatan spare parts mesin yang sudah discontinue maupun import , pembuat maket perumahan didalam showcase kaca, maupun pembuatan pengganti gypsum untuk penyangga tulang yang retak [3], [5], [6].
Polylactid  Acid (PLA)  merupakan  salah  satu  jenis thermoplastic polymer yang  paling  banyak  digunakan  untuk pembuatan  model  tiga  dimensi.  Selain  mempunyai  titik  leleh  yang  rendah  yaitu  pada  temperature  190 0 C  [7],  juga mempunyai sedikit bau yang dihasilkan jika dibandingkan dengan jenis Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) [1], [8] sebesar  240 0 C.  Penelitian  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh  Benny  ditahun  2019,  material  ABS  mempunyai  nilai
Hakim, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 3  (Juli 2019) Hal. 134-139
kekasaran permukaan yang paling rendah yaitu 6,15 µm pada temperatur nozzle dan base plate sebesar 260 0 C dan 100 0 C  yang  disertai  dengan  penggunaan  lem  pada base  plate -nya  [9].  Berbeda  dengan  material  PLA  mempunyai  nilai kekasaran permukaan yang paling rendah yaitu 5.709 µm pada temperature nozzle dan base plate sebesar 190 o C dan 30 o C yang disertai dengan penggunaan lem pada base plate -nya [7].
Kekasaran permukaan hasil cetak tiga dimensi dengan nilai 5.709 µm secara visual masih kasar dan kurang memiliki nilai jual [10].  Salah satu cara yang akan dilakukan oleh penulis kali ini adalah dengan melakukan post processing dengan cara  melakukan  proses  penghalusan  permukaan  produk  cetak  tiga  dimensi  dengan  menggunakan sand  paper dengan tingkatan Grit  Size yang  berbeda.  Adapun  tujuan  penelitian  perdana  ini  adalah  untuk  analisa  awal  nilai  kekasaran permukaan  pada  produk  mesin  cetak  tiga  dimensi  jika  dilakukan  proses polishing dengan  menggunakan sand  paper berbeda grit  size .  Penggunaan  specimen  uji  pada  percobaan  kali  ini  ditujukan  untuk  membuat  produk  akhir  yang mempunyai surface finish yang layak jual dan permukaan permukaannya bisa glossy [11]. Sebanyak tiga buah specimen uji, dilakukan dan digunakan perumusan nilai rata-rata untuk mendapatkan kesimpulan data yang akan dibandingkan.

## 2. Material dan Metode Penelitian
2.1. Pembuatan Spesimen Uji
Proses pembuatan specimen dilakukan dengan proses layer by layer. Seperti dijelaskan pada Gambar 1, prinsip kerja dari printer tiga dimensi dimulai dari gulungan material PLA di dalam spool yang diteruskan di nozzle sampai pada build plat form, atau biasa dikenal sebagai base plate. Dimensi dari specimen yang akan digunakan pada percobaan ini adalah dengan ukuran 100 mm x 20 mm, berbentuk jajaran genjang.
Gambar 1. Prinsip kerja 3D printing Fused deposition modeling (FDM) [11].

## 2.2. Penentuan Parameter Experimental Study
Parameter pengujian yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut (a) mesin cetak tiga dimensi, merk: Leapfrog Creatr HS tipe  dual-nozzle, (b) material filament jenis PLA dengan diameter 1,75 mm, (c) temperatur nozzle 220° C, temperature base plate 30° C [7] dan  menggunakan sand paper dengan grit size yang berbeda mulai dari 1.000; 1.200; dan 1.500. Sebagai data pembanding, nilai kekasaran permukaan secara umum untuk proses extrusion mempunyai nilai kekasaran permukaan sebesar 0,16 µm sampai dengan 5,0 µm [12]. Oleh karena itu, melalui experiment ini diharapkan mempunyai nilai kekasaran permukaan sama atau bahkan lebih rendah dari 0,16 µm
Tabel 1. Tabel Standar Kekasaran Permukaan Multi Proses [12]

## 2.3. Proses Pengambilan Data
Data kekasaran permukaan diambil sebanyak tiga kali, dan dirata-rata dengan menggunakan persamaan (1). Pada Gambar 2, menjelaskan tentang alat uji kekasaran permukaan, dan arah pergerakan probe yang tegak lurus dengan arah serat.  Gambar  3  menjelaskan  tentang  cara  pengambilan  data  specimen  uji  sebanyak  tiga  kali  pengambilan  data  yang selanjutnya akan dirata-rata.
(a) (b) (c)
Gambar 2. (a) Surface Roughness Tester, Mitoyo SJ-310 (b) Spesimen uji dan arah penarikan probe kekasaran permukaan, (c) Arah pergerakan probe tegak lurus dari arah serat specimen uji. [11]
Gambar 3. Dokumentasi pengambilan data kekasaran permukaan pada specimen uji

## 2.4. Pengolahan Data
Sebanyak tiga kali pengambilan data kekasaran permukaan, diolah dengan ilmu statistic, rata-rata sederhana. Setelah itu  akan  dibandingkan  hasil  rata-ratanya  dengan  nilai  rata-rata  dari Grit  Size yang  lainnya.  Sedangkan  untuk membandingkan hasil rata-rata dari multi-variable dirumuskan dengan menggunakan Standar Deviasi.
𝑿 ̅ = 𝑿𝟏+𝑿𝟐+𝑿𝟑 𝒏 (1)
𝒔 = √ ∑(𝑿−𝑿 ̅)𝟐 𝒏−𝟏 (2)
2.5. Pembuatan Produk Akhir
Setelah didapatkan hasil kekasaran permukaan yang terendah setelah dilakukan post processing dengan sand paper , maka akan dilanjutkan ke rencana awal yaitu membuat produk jadi yang siap jual di masyarakat. Gambar 4 menjelaskan tentang produk akhir berbentuk jam dinding raksasa yang berfungsi sebagai art of de wall di rumah tangga.
Gambar 4. Produk akhir aksesoris rumah tangga - jam dinding raksasa
Hakim, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 3  (Juli 2019) Hal. 134-139

## 3. Hasil dan Pembahasan
Setelah  melakukan  proses  pengambilan  data  sebanyak  tiga  kali  replikasi,  didapatkan  hasil  sebagai  berikut.  Pada Gambar 5 dapat disimpulkan bahwa produk original  yang telah di amplas  menggunakan sand paper dengan Grit Size 1.000 yang diukur berdasarkan tiga titik pengukuran, dan didapatkan rata-rata Ra sebesar 12.120 µm. Hal ini memang terdapat perbedaan secara signifikan jika dibandingkan dengan nilai rata-rata Ra produk Original hasil cetak tiga dimensi sebesar 30.045 µm.
Gambar 5. Nilai surface roughness (Ra) produk original yang telah diamplas menggunakan sand paper dg grit size 1.000 CW
Sedangkan pada Gambar 6 didapatkan hasil bahwa produk original yang telah di amplas menggunakan sand paper dengan Grit Size 1.200 yang diukur berdasarkan tiga titik pengukuran, dan didapatkan rata-rata Ra sebesar 6.665 µm. Hal ini memang terdapat perbedaan secara signifikan jika dibandingkan dengan nilai rata-rata Ra produk Original hasil cetak tiga dimensi sebesar 30.045 µm.
Gambar 6. Nilai surface roughness (Ra) produk original yang telah diamplas menggunakan sand paper dg grit size 1.200 CW
Gambar 7 di dapatkan hasil bahwa produk original yang telah di amplas menggunakan sand paper dengan Grit Size 1.500  yang  diukur  berdasarkan  tiga  titik  pengukuran,  dan  didapatkan  rata-rata  Ra  sebesar  4.392  µm.  Hal  ini  memang terdapat perbedaan secara signifikan jika dibandingkan dengan nilai rata-rata Ra produk Original hasil cetak tiga dimensi sebesar 30.045µm.
0 5 10 15 20 25 30 35 X1 X2 X3 Ni lai kek as ar an (µm ) jumlah pengambilan data ORIGINAL GRIT SIZE 1000 0 5 10 15 20 25 30 35 X1 X2 X3 N ilai ke kasar an (µ m ) jumlah pengambilan data GRIT SIZE 1200
ORIGINAL
Gambar 7. Nilai surface roughness (Ra) produk original yang telah diamplas menggunakan sand paper dg grit size 1500CW
Tabel 2 merupakan perbandingan nilai rata-rata surface roughness Ra, baik dalam kondisi original, maupun sudah dilakukan proses penghalusan permukaan dengan menggunakan sand paper dg grit size 1000CW, 1200CW dan 1500CW. Dari tabel tersebut didapatkan hasil nilai kekasaran permukaan yang paling rendah adalah ada pada Grit Size 1500CW sebesar 4.392 µm dengan standar deviasi (s) sebesar 11.440.
Tabel 2. Tabel perbandingan nilai kekasaran permukaan produk cetak tiga dimensi dengan grit size 1000CW, 1200CW dan 1.500 CW .

## 4. Kesimpulan
Setelah didapat hasil dari setiap metode pengujian yang berbeda dengan referensi nilai kekasaran standard proses extrusin 0,16 sampai dengan  5 µm dengan menggunakan parameter setting temperatur nozzle 220° C, dan base plate 30° C dengan  menggunakan sand paper dengan tingkatan kekasaran ( Grit Size ) yang berbeda mulai dari 800 CW; 1.000 CW dan 1.200 CW. Didapatkan kesimpulan bahwa sand paper dengan grit size 1.000 CW memiliki nilai kekasaran permukaan (Ra) sebesar 12,120 µm, dengan standar deviasi sebesar 12.675; sand paper dengan grit size 1.200 CW memiliki nilai kekasaran permukaan (Ra) sebesar 7.665 µm, dengan standar deviasi sebesar 11.846; dan sand paper dengan grit size 1.500 CW memiliki nilai kekasaran permukaan (Ra) sebesar 4.392 µm, dengan standar deviasi sebesar 11.440. Untuk mendapatkan  hasil  kekasaran  permukaan  dibawah  nilai  4.00  µm,  bisa  dipastikan  terlebih  dahulu,  proses  produksinya apakah  menggunakan  jenis  dan  ukuran  nozzle  yang  atau  berbeda.  Karena  Diameter  nozzle  merupakan  salah  satu parameter terpenting yang bisa mempengaruhi nilai kekasaran permukaan produk hasil cetak tiga dimensi.

## Ucapan Terima Kasih
Terima kasih kami ucapkan kepada Universitas Presiden melalui penulis kedua yang telah membantu dana maupun penyempurnaan tulisan pada experiment pertama ini. Serta kepada Politeknik Negeri Batam yang telah memfasilitasi dan mendukung secara penuh baik sarana maupun prasarana pendukung terselesainya experiment ini.

## Daftar Pustaka
[1]  D.  Sulayman,  “Pengaruh  Suhu  dari  Heater  Nozzle  Terhadap  Produk  Printer  3D,”  Universitas  Muhammadiyah Surakarta, 2015.
[2]  Babagowda,  R.  S.  Kadadevara  Math,  R.  Goutham,  and  K.  R.  Srinivas  Prasad,  “Study  of  Effects  on  Mechanical Properties of PLA Filament which is blended with Recycled PLA Materials,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 310, no. 1, 2018.
[3]  M. L. Smith and J. F. X. Jones, “Dual-extrusion 3D Printing of Anatomical Models for Education,” Anat. Sci. Educ. , Vol. 11, No. 1, pp. 65–72, 2018.
[4]  D.  R.  Howeidy  and  Z.  Arafat,  “The  Impact  of  Using  3D  Printing  on  Model  Making  Quality  and  Cost  in  the Architectural Design Projects,” Int. J. Appl. Eng. Res. , Vol. 12, No. 6, pp. 987–994, 2017.
[5]  K.  Tappa  and  U.  Jammalamadaka,  “Novel  Biomaterials  Used  in  Medical  3D  Printing  Techniques,” J.  Funct. Biomater. , Vol. 9, No. 1, 2018.
0 5 10 15 20 25 30 35 X1 X2 X3 N ilai ke kasar an ( µ m ) jumlah pengambilan data GRIT SIZE 1500 ORIGINAL
Nilai Kekasaran Permukaan (Ra) X1 ( µm ) X2 ( µm ) X3 ( µm ) X_bar ( µm ) Original 31.445 28.384 30.306 30.045 Grit Size 1000CW 12.487 11.867 12.008 12.120 Grit Size 1200CW 7.409 8.817 6.770 7.665 Grit Size 1500CW 3.581 4.452 5.142 4.392
Hakim, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 3  (Juli 2019) Hal. 134-139
[6]  D. Mitsouras et al. , “Medical 3D Printing for the Radiologist,” RadioGraphics , Vol. 35, No. 7, pp. 1965–1988, 2015.
[7]  R. Hakim, I. Saputra, G. P. Utama, and Y. Setyoadi, “Pengaruh Temperatur Nozzle dan Base Plate pada Material PLA  terhadap  Nilai  Masa  Jenis  dan  Kekasaran  Permukaan  Produk  pada  Mesin  Leapfrog  Creatr  3D  Printer,” J. Teknol. dan Ris. Terap. , Vol. 1, No. 1, 2019.
[8]  Z. Quan et al. , “Printing Direction Dependence of Mechanical Behavior of Additively Manufactured 3D Preforms and Composites,” Compos. Struct. , Vol. 184, pp. 917–923, 2018.
[9]  B. H. Irawan, R. Hakim, H. Widiastuti, D. Kamsyah, and B. Sahputra, “Pengaruh Temperatur Nozzle dan Base Plate pada Mesin Leapfrog Creatr 3d Printer terhadap Density dan Surface Roughness Material ABS,” J. Teknol. dan Ris. Terap. , Vol. 1, No. 1, 2019.
[10]  A. Farzadi et al. , “3D Printed PLA Scaffolds to Promote Healing of Large Bone Defects,” Sci. Rep. , Vol. 06, No. 01, pp. 139–148, 2017.
[11]  M. S. Alsoufi and A. E. Elsayed, “How Surface Roughness Performance of Printed Parts Manufactured by Desktop FDM 3D Printer with PLA+ is Influenced by Measuring Direction,” Am. J. Mech. Eng. , Vol. 5, No. 5, pp. 211–222, 2017.
[12]  Z. Uddin, “Kekasaran Permukaan atau Tanda Pengerjaan pada Gambar Teknik,” www.omesin.com , 2018. [Online]. Available: http://www.omesin.com/2018/08/kekasaran-permukaan-atau-tanda.html.