## INFO TEKNIK

## ANALISIS LAPISAN CETAK PRINTER 3D SPESIMEN PLASTIK PLA KELIPATAN 0,05 mm TERHADAP ENERGI PUKUL
Etik Puspitasari 1 , Wirawan 2 , Syamsul Hadi 3
1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang
1 etikpuspitasari58@gmail.com 2 wirawan@polinema.ac.id 3 syampol2003@yahoo.com

## ABSTRACT
Tidak  diketahuinya  energi  pukul  (EP)  hasil  uji  pukul  dalam  pembuatan  spesimen plastik  dengan  printer  3D  berbagai  tebal  per  lapisan  menjadi  masalah  yang  dihadapi. Tujuan  analisis  untuk  memperoleh  EP  spesimen  plastik  yang  linier  atau  tidak.  Metoda analisis meliputi: desain bentuk dan ukuran spesimen plastik, pencetakan spesimen dengan printer 3D dari filamen plastik jenis PLA diameter 1,75 mm dimulai dari tebal lapisan 0,1 mm hingga 0,5 mm dengan kelipatan lapisan 0,05 mm dan dibuat fulfill (tidak berongga) pada temperatur 200℃, uji pukul charpy, perhitungan EP, dan analisis hasil. Hasil analisis uji  pukul  dari  spesimen  tebal  layer  0,1-0,35,  EP  naik  dan  spesimen  tebal  lapisan  0,4-0,5 EP  mulai turun dan nilainya sama. Puncak EP  yang dihasilkan berada pada tebal  lapisan 0,35  mm  dengan  EP  senilai  1,264  J  dan  energi  pukul  spesifik  (EPS)  atau  harga impact (HI)  senilai  0,01261  J/mm 2 dan  di  posisi  kedua  pada  tebal  lapisan  0,3  mm  dengan  EP senilai  1,215  J  dan  EPS senilai  0,01212  J/mm 2 yang  menunjukkan  bahwa  hasilnya  tidak linier atau semakin tebal lapisan tidak selalu kekuatannya semakin besar dan spesimennya semakin kuat dan paling kuat berada di tebal lapisan 0,35 mm.  Hasil visual spesimen uji pukul dari plastik dengan printer 3D semakin kecil lapisan yang digunakan semakin halus dan memiliki estetika yang bagus.
Kata  kunci :  Energi  Pukul  (EP),  Energi  Pukul  Spesifik  (EPS), Fulfill, PLA,  Printer  3D, Spesimen Plastik, Tebal Lapisan, Uji pukul Charpy.

## I. PENDAHULUAN
Teknologi masa depan saat ini sudah sangat maju dan berkembang pesat, jika tidak segera dipelajari dan diaplikasikan maka semua tertinggal. Printer 3D adalah salah satu dari  teknologi  masa  depan  tersebut  yang  mana  dari  segi  proses  sangat  efektif  dan efisien  dalam  bidang  pembuatan  prototipe.  Tujuan  jangka  panjang  dan  target  khusus agar  dapat  diajarkan  salah  satu  dari  sekian  teknologi  masa  depan  kepada  mahasiswa,
sehingga skill -nya  dapat  bertambah  dan  menyesuaikan  perkembangan  kemajuan teknologi.
Kelebihan  printer  3D  menjadikan  pekerjaan  lebih  praktis  dan  kepresisian  hasil produk cukup tinggi. Produk 3D hasil printer cocok dikembangkan sebagai desain awal dan  pembuatan  prototipe  sebelum  dibuat  produk  masal.  Kelemahan  printer  3D  tidak bisa membuat produk secara masal karena lamanya pembuatan untuk satu produk yang dapat memakan waktu berjam-jam. Untuk itulah produk hasil printer 3D tersebut cocok diaplikasikan  sebagai  produk  untuk  prototipe  atau  produk  dengan  kebutuhan  sedikit. Selain  hal  tersebut  spesimen uji pukul  yang biasanya dari logam  yang dicetak dengan pengecoran  tidak  bisa  dibuat  sempurna  karena  sudut-sudut  takikannya  sangat  sulit dibuat, sehingga dengan menggunakan printer 3D tersebut sudut takikan sangat mudah untuk dibuat.
Analisis  yang  digunakan  dengan  menguji  energi  pukul  ( impact )  yang  dihasilkan dari alat uji pukul Charpy dari tebal lapisan kelipatan 0,05 mm yang mana pembuatan dibuat dari lapisan 0,1 mm hingga 0,5 mm pada temperatur 200℃ dan spesimen plastik dibuat fulfill atau tidak berongga. Filamen yang digunakan jenis plastik PLA berwarna kuning  1,75  mm  di  mana  PLA  pada  penelitian  sebelumnya  berwarna  putih  dan kuning  (Puspitasari,  dkk.,  2020).  PLA  adalah  polimer  yang  sangat  dipengaruhi  oleh kondisi  lingkungan  penyimpanan,  kelembaban  dapat  mengubah  struktur  dan  dalam kondisi  kering  PLA  menjadi  lebih  kuat,  tetapi  kurang  ulet  (Valerga  dkk.,  2018).  Dua bahan  PLA  komersial  dengan  warna  berbeda  (natural  untuk Crystal  Clear dan  hitam untuk Onyx Black ) menunjukkan perbedaan kinerja yang berbeda (Spina, 2019). Tujuan meneliti selain menambah softskill dan aplikatif pada teknologi  masa depan  dan  ingin mengamati apakah hasil yang didapatkan linier atau tidak. Linier berarti semakin tebal lapisan  semakin  kuat,  dan  sebaliknya  semakin  kecil  lapisan  semakin  lemah,  di  mana hasil diamati dari perhitungan EP (Energi Pukul) dan EPS (Energi Pukul Spesifik) yang dihasilkan  dari  Uji  pukul  charpy.  EP  adalah  selisih  energi  potensial  awal  dikurangi energi potensial akhir setelah menabrak spesimen, dan EPS energi yang dibagi dengan luas penampang pada daerah takikan.

## II. METODOLOGI PENELITIAN
Diagram  alir  penelitian  EP  dengan  spesimen  plastik  hasil  cetak  Printer  3D sebagaimana Gambar 1.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Ukuran dan hasil spesimen plastik uji pukul Charpy sebagaimana Gambar 2.
Gambar 2 . Gambar 3D Spesimen Plastik Uji Pukul Charpy
Proses  pembuatan  spesimen  plastik  uji  pukul  Charpy  dengan  Printer  3D sebagaimana  Gambar  3,  dan    hasilnya  sebagaimana  Gambar  4.  Contoh  spesimen yang  dicetak  padat  irisan  bagian  dalamnya  penuh  tidak  berongga  sebagaimana Gambar 5.
Gambar 3 . Proses Pembuatan Spesimen Plastik Uji Pukul Charpy dengan Printer 3D
Gambar 4 . Hasil Spesimen Plastik Uji Pukul Charpy dengan Printer 3D
Gambar 5 . Contoh fulfill irisan bagian dalam penuh tidak berongga
Gambar 6 . Spesimen Plastik dari hasil Printer 3D yang diuji Pukul Charpy
Gambar  6  menunjukkan  spesimen  Plastik  dari  hasil  Printer  3D  yang  diuji dengan alat uji pukul Charpy sebagaimana Gambar 7.
Gambar 7 . Alat Uji Pukul Charpy
Uji  pukul  Charpy  bertujuan  untuk  menetapkan  prosedur  pengujian  yang  masuk akal dan dapat diterima dan dapat menghemat biaya dengan menggunakan spesimen tipe  Charpy  untuk  mengukur  ketangguhan  dinamis  baja  dengan  ketangguhan  tinggi contohnya baja pipa saluran (Lucon, 2018).
Gambar 8. Hasil uji pukul spesimen kode 0,1-1 sampai 0,5-1
Gambar 8 menunjukkan hasil uji pukul spesimen kode 0,1-1 sampai dengan 0,5- 1,  dan  Gambar  9  menunjukkan  hasil  uji  pukul  spesimen  kode  0,1-2  sampai  0,5-2, serta Gambar 10 menunjukkan hasil uji pukul spesimen kode 0,1-3 sampai 0,5-3.
Gambar 9. Hasil Uji pukul spesimen kode 0,1-2 sampai 0,5-2
Gambar 10. Hasil uji pukul spesimen kode 0,1-3 sampai 0,5-3
3.2 Pembahasan
Spesimen plastik diuji  pukul  Charpy untuk  mengetahui  kekuatan dari spesimen plastik berapa energi  yang diserap dari hasil uji pukul. Sudut awal  yang di uji pukul spesimen  plastik  adalah  20º.  Spesimen  dibuat  padat  dengan  irisan  bagian  dalam penuh tidak berongga dengan temperatur 200℃.
Adapun perhitungan EP dapat dilihat pada Gambar 11 dan perhitungan sebagai berikut:
Gambar 11. Tinggi awal dan tinggi akhir posisi pendulum diatas garis horizontal (Faudree, dkk., 2018)
Gambar  11  menunjukkan  uji  pukul  dimana  posisi  pendulum  saat  uji  pukul  di atas garis horisontal atau berada di sebelah atas.
Untuk penelitian uji pukul spesimen plastik dilakukan di bawah garis horizontal atau  posisi  pendulum  berada  di  bawah  karena  spesimen  plastik  ini  energi  serapnya kecil, sehingga pada penelitian sebelumnya (Puspitasari, dkk, 2020) yang telah diuji coba  beberapa  kali  didapatkan  tinggi  awal  berada  pada  sudut  awal  (  )  20º  dan contoh Gambar 12 pada sudut akhir (β) adalah18 º
Gambar 12 . Tinggi awal dan tinggi akhir posisi pendulum  di bawah garis horizontal
1. Pada Segitiga ACO , OC = h’
CA = OD-OC
OC = OA x COS α
OC = 0,62 m x COS 20º = 0,62 x 0,94
= 0,5828 m
2. Pada Segitiga OBD , OD=h
OD = OB x COS β
= 0,62 x COS 18 º
= 0,62 m x 0,95
= 0,589 m
3. CD = OD – OC
= 0,589 m – 0,5828 m
= 0,0062 m
4. CD = ∆h
5. Ep = m x g x ∆h   ............. (1) (Hadi, 2016: 79)
= 8,1 kg x 9,8 m/s x 0,0062 m
=0,4926582 J
6. EPS = Ep/A
= 0,4926582 J / 100,3 mm 2
= 0,00491 J/ mm 2
EP  (energi  pukul)  adalah  selisih  energi  potensial  awal  dikurangi  energi potensial akhir setelah menabrak spesimen, dan EPS (energi pukul spesifik) energi yang dibagi dengan luas penampang pada daerah takikan.
Adapun hasil EP dan EPS atau harga impact (HI) sebagaimana Tabel 1
Tabel 1. Hasil Uji Pukul Charpy
No Tebal Layer (mm) Kode Spesi- men Plastik Sudut Awal ( α ) Sudut Akhir ( β ) Nilai h (m) nilai h' (m) EP (J) HI (J/mm2) ( ◦) (◦) 1 0,1 0,1-1 20 17 0,5828  0,5927  0,788  0,00786 2 0,1 0,1-2 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 3 0,1 0,1-3 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 4 0,15 0,15-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 5 0,15 0,15-2 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 6 0,15 0,15-3 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 7 0,2 0,2-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 8 0,2 0,2-2 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 9 0,2 0,2-3 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 10 0,25 0,25-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 11 0,25 0,25-2 20 18 0,5828  0,5890  0,493  0,00491 12 0,25 0,25-3 20 17 0,5828  0,5927  0,788  0,00786 13 0,3 0,3-1 20 15 0,5828  0,5995  1,330  0,01326 14 0,3 0,3-2 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 15 0,3 0,3-3 20 15 0,5828  0,5995  1,330  0,01326 16 0,35 0,35-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 17 0,35 0,35-2 20 15 0,5828  0,5995  1,330  0,01326 18 0,35 0,35-3 20 14 0,5828  0,6014  1,478  0,01474 19 0,4 0,4-1 20 15 0,5828  0,5995  1,330  0,01326 20 0,4 0,4-2 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 21 0,4 0,4-3 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 22 0,45 0,45-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 23 0,45 0,45-2 20 17 0,5828  0,5927  0,788  0,00786 24 0,45 0,45-3 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 25 0,5 0,5-1 20 16 0,5828  0,5952  0,985  0,00982 26 0,5 0,5-2 20 17 0,5828  0,5927  0,788  0,00786 27 0,5 0,5-3 20 15 0,5828  0,5995  1,330  0,01326

## Gambar 13 menunjukkan grafik hubungan tebal lapisan dan EP
Gambar 13 . Hasil EP dari Uji pukul Charpy Dari  gambar  13  didapatkan  EP  yang  terbesar  diperoleh  dari  tebal  lapisan  0,35 mm. Dari Gambar 13 menunjukkan bahwa EP yang dihasilkan tidak linear terhadap tebal  lapisan,  yang  mana  semakin  tebal  lapisan  ternyata  hasilnya  tidak  selalu menghasilkan  EP  yang  semakin  besar  pula,  terbukti  dari  lapisan  0,4;  0,45;  0,5  EP kembali turun nilainya.
Gambar 14 menunjukkan hasil energi pukul spesifik (EPS) yang dihasilkan dari uji pukul charpy.
Gambar 14. Hasil energi pukul spesifik (EPS) dari Uji pukul Charpy
Gambar  14  EPS  terbesar  yang  dihasilkan  pada  nomor  spesimen  18  yaitu  pada tebal  lapisan  0,35  mm  dengan  nilai  EPS  0,01474  (J/mm 2 ).  Pada  Gambar  14  hasil tidak menunjukkan linieritas yang mana semakin besar tebal lapisan, maka semakin kuat yang dihasilkan ternyata tidak terbukti. Pada tebal lapisan 0,1 hingga 0,35 mm EPS  mengalami  kenaikan,  tetapi  pada  tebal  lapisan  0,4  hingga  0,5  EPS  kembali turun nilainya.  Tabel 2 adalah rata-rata dari EP dan EPS dari tiap tebal lapisan yang tiap lapisannya dilakukan tiga kali percobaan.
Tabel 2. Hasil Rata-rata Uji Pukul Charpy
No Tebal Lapisan (mm) Kode Spesimen Plastik EP (J) EPS (J/mm2) Rata- rata EP (J) Rata-rata EPS (J/mm 2 ) 1 0,1 0,1-1 0,788  0,00786 0,591 0,00589 2 0,1 0,1-2 0,493  0,00491 3 0,1 0,1-3 0,493  0,00491 4 0,15 0,15-1 0,985  0,00982 0,821 0,00819 5 0,15 0,15-2 0,985  0,00982 6 0,15 0,15-3 0,493  0,00491 7 0,2 0,2-1 0,985  0,00982 0,5911 0,00655 8 0,2 0,2-2 0,493  0,00491 9 0,2 0,2-3 0,493  0,00491 10 0,25 0,25-1 0,985  0,00982 0,755 0,00753 11 0,25 0,25-2 0,493  0,00491 12 0,25 0,25-3 0,788  0,00786 13 0,3 0,3-1 1,330  0,01326 1,215 0,01212 14 0,3 0,3-2 0,985  0,00982 15 0,3 0,3-3 1,330  0,01326 16 0,35 0,35-1 0,985  0,00982 1,264 0,01261 17 0,35 0,35-2 1,330  0,01326 18 0,35 0,35-3 1,478  0,01474 19 0,4 0,4-1 1,330  0,01326 1,100 0,01097 20 0,4 0,4-2 0,985  0,00982 21 0,4 0,4-3 0,985  0,00982 22 0,45 0,45-1 0,985  0,00982 0,920 0,00917 23 0,45 0,45-2 0,788  0,00786 24 0,45 0,45-3 0,985  0,00982 25 0,5 0,5-1 0,985  0,00982 1,035 0,01031 26 0,5 0,5-2 0,788  0,00786 27 0,5 0,5-3 1,330  0,01326
Berikut Gambar 15 menunjukkan grafik rata-rata dari hasil EP yang dihasilkan dari tiap tebal lapisan yang tiap lapisannya dilakukan tiga kali percobaan.
Gambar 15 . Rata-rata EP dari tiap tebal lapisan
Gambar 15 hasil rata-rata dari spesimen yang diuji pukul charpy menunjukkan EP dari tiap tebal lapisan terbesar berada di tebal lapisan 0,35 mm yaitu senilai 1,264 J.  Hasil  yang  diharapkan  linier  semakin  besar  tebal  layer,  maka  nilai  EP  dari  tiap tebal lapisan semakin besar tidak terbukti.
Gambar 16 . Rata-rata Energi Pukul Spesifik dari tiap tebal lapisan
Gambar  16  menunjukkan  grafik  rata-rata  dari  hasil  EPS  yang  dihasilkan  dari tiap tebal lapisan yang tiap lapisannya dilakukan tiga kali percobaan.
Hasil  yang  diperoleh  rata-rata  EPS  dari  Uji  pukul  Charpy  terbesar  yaitu  pada spesimen 16, 17, 18 atau pada tebal lapisan 0,35 mm yaitu senilai 0,01261 J/mm 2 . Di posisi  kedua  pada  tebal  lapisan  0,3  mm  yaitu  senilai  0,01212  J/mm 2 .  Hasil  yang diharapkan  linier  semakin  besar  tebal  lapisan,  maka  nilai  EPS  semakin  besar  tidak terbukti.

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1  Kesimpulan
Spesimen tebal lapisan 0,1-0,35 EP dan EPS yang dihasilkan naik dan spesimen tebal  lapisan  0,4-0,5  energi  EP  dan  EPS  yang  dihasilkan  mulai  turun  dan  nilainya sama.  Puncak  dari  EP  dan  EPS  yang  dihasilkan  berada  pada  tebal  lapisan  0,35  mm dengan nilai  EP sebesar 1,264 J dan EPS yaitu sebesar 0,01261 J/mm 2 dan di posisi kedua  pada  tebal  lapisan  0,3  mm  dengan  nilai  EP    senilai  1,215  J  dan  EPS  yaitu senilai  0,01212  J/mm 2 ,  yang  berarti  bahwa  hasil  EP  dan    EPS  yang  dihasilkan  dari spesimen  tersebut  hasilnya  tidak  linier  atau  semakin  tebal  lapisan  tidak  selalu kekuatannya  semakin  besar  dan  spesimennya  semakin  kuat.  Hasil  yang  diharapkan linier  semakin  besar  tebal  lapisan,  maka  nilai  EP  dan  EPS  semakin  besar  tidak terbukti, sehingga hasil  spesimen  yang paling kuat  berada di  tebal  lapisan  0,35 mm. Jika ingin membuat produk yang kuat bisa menggunakan tebal lapisan 0,35 mm.
Dari hasil pengamatan visual yang didapatkan dari pembuatan spesimen uji pukul dari  plastik  dengan  printer  3D  semakin  kecil  lapisan  yang  digunakan  semakin  halus benda tersebut tampak luarnya semakin bagus hasil produknya dan memiliki estetika yang bagus.

## 4.2 Saran
Pembuatan  ukuran  spesimen  sesuai  standar  dan  prosedur  dengan  jenis  filamen plastik dari PLA atau ABS dengan printer 3D lalu uji kembali dengan uji puntir untuk membandingkan kembali kekuatan dari spesimen plastik dari hasil printer 3D.dengan hasil uji pukul Charpy

## Daftar Pustaka
Faudree, Michael; Nishi, Yoshitake; Gruskiewicz, Michael; Salvia, Michelle, 2018, A New Glass  Fibered  Reinforced  Composite  with  Improved  Charpy  Impact  Properties  at Low  and  High  Temperatures  beyond  the  Extremes  of  Aircraft  Flight ,  Materials Transactions, 59, 1280-1287. 10.2320/matertrans.M2018068.
Hadi Syamsul, 2016. Teknologi Bahan , Penerbit Andi, Yogyakarta.
Lucon  E.  Cost-Effective  Alternatives  to  Conventional  Charpy  Tests  for  Measuring  the
Impact  Toughness  of  Very-High-Toughness  Steels.  J  Pressure  Vessel  Technol.
2018;140. doi:10.1115/1.4038902
Puspitasari, Etik; Wirawan; Hadi, Syamsul; Rarindo, Hari, 2020, Analisa Suhu dan Tebal Layer terhadap Spesimen Plastik Uji Pukul Charpy dengan Menggunakan Printer 3D , Jurnal Ilmiah Teknologi, FST Undana, Vol. 14, No. 1, 26-29.
Spina  R.  Performance  Analysis  of  Colored  PLA  Products  with  a  Fused  Filament Fabrication Process. Polymers. 2019. p. 1984. doi:10.3390/polym11121984
Valerga  A,  Batista  M,  Salguero  J,  Girot  F.  Influence  of  PLA  Filament  Conditions  on Characteristics of FDM Parts. Materials. 2018. p. 1322. doi:10.3390/ma11081322
Halaman ini sengaja dikosongkan