INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 3 Nomor 5 Tahun 2023 Page 3856-3872 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Analisis Pembebanan Dinamis Pada Struktur Frame 3d Printing Core XY
Muhammad Zafran Mardhotillah 1 ✉ , Almadora Anwar Sani 2 , Indra Gunawan 3
Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang
Email: almadora@polsri.ac.id 1 ✉

## Abstrak
Perkembangan  teknologi  mengalami  kemajuan  yang  sangat  cepat.  Mesin  merupakan  salah  satu teknologi yang muncul. Dari mesin-mesin yang sudah ada yang telah didesain ulang untuk memenuhi kebutuhan zaman, termasuk pencetakan 3D. Bagian terpenting dari pencetakan 3D adalah kerangka (frame). Frame 3D printing harus mampu menahan beban yang berbeda. Karena rangka harus tahan terhadap beban dinamis selama bergerak. Studi ini berfokus pada Analisis Dinamis pada kerangka menggunakan  Bahan  Profil  Aluminium  (6063-T5).  Tujuannya  adalah  untuk  menghindari  masalah beban pada struktur dan memastikan struktur aman saat menopang beban. Ada banyak  program yang  mendukung  simulasi  pembebanan  dinamis,  tapi  sekarang  peneliti  menggunakan  perangkat lunak Ansys Student 2023 yang menggunakan metode elemen hingga untuk pembebanan dinamis dalam  frame  3D  printing.  Untuk  mendapatkan  hasil  simulasi  yang  optimal  dengan  ansys,  maka dilakukan penelitian yang dimulai dari desain rangka, pemilihan constraint, memasukkan jenis material, melakukan  cleaning  geometri,  pemilihan  meshing,  memasukkan  fixtures  dan  running  simulation. Pembebanan yang diberikan pada simulasi ini merupakan beban dinamis dari motor yang bergerak secara vertikal ke kiri dan ke kanan saat 3D Printing mencetak sebuah spesimen. Beban dinamis yang terjadi memiliki nilai deformasi yang relatif bagus yaitu 0,00013674 m pada saat kondisi beban dinamis dan 0,000019 m pada saat kondisi beban statis sehingga dapat dikategorikan aman untuk digunakan. Menentukan Constraint, Constraint yang di berikan berupa fixed geometry pada frame 3D Printer. Meshing pada simulasi saat ini, frame dijadikan 158541 elements dan 744085 node.
Kata Kunci : 3D Printing, Dinamis, Deformasi, Ansys, MEH
Abstract
Technological  developments  are  progressing  very  fast.  The  machine  is  one  of  the  emerging technologies. From existing machines that have been redesigned to meet the needs of the  times, including 3D printing. The most important part of 3D printing is the frame. The 3D printing frame must be  able  to  withstand  different  loads.  Because  the  frame  must  withstand  dynamic  loads  during movement. This study focuses on Dynamic  Analysis of the frame using Aluminum  Profile Material (6063-T5). The aim is to avoid load problems on the structure and ensure the structure is safe when supporting the load. There are many programs that support dynamic loading simulation, but now researchers  use  Ansys  Student  2023  software  which  uses  the  finite  element  method  for  dynamic loading in 3D printing frames. To get optimal simulation results with ansys, research is carried out starting from frame design, selecting constraints, entering material types, cleaning geometry, selecting meshing, entering fixtures and running simulations. The load given in this simulation is the dynamic load from the motor which moves vertically left and right when 3D Printing prints a specimen. The dynamic load that occurs has a relatively good deformation value of 0.00013674 m under dynamic load conditions and 0.000019 m during static load conditions so that it can be categorized as safe to use. Define Constraints, Constraints that are given are in the form of fixed geometry on the 3D Printer frame. Meshing in the current simulation, the frame is made up of 158541 elements and 744085 nodes. Keyword: 3D Printing, Dynamic, Deformation, Ansys, MEH

## PENDAHULUAN
Menurut  (Attaran,  2017)  menjelaskan  bahwa  Teknologi  3D  printing  membawa perubahan besar pada dunia. Teknologi yang juga dikenal dengan sebutan Additive Layer Manufacturing  ini  sebenarnya  sudah  ada  sejak  tahun  1980-an.  3D  printing  merupakan sebuah terobosan baru dalam dunia teknologi. Terobosan ini sangatlah populer di seluruh belahan dunia, terutama di kalangan akademisi dan industri (Novakova-Marcincinova & Kuric, 2012). Munculnya teknologi 3D Printing sangat berpengaruh pada beberapa bidang industri, terutama dari segi ekonomi. Rapid Prototyping pada komponen mekanik dengan teknik-teknik dan volume produksi yang rendah dalam memproduksi prototype dengan cepat (Abidin & Rama, 2015).
3D  Printing  memiliki  potensi  yang  besar  dalam  dunia  manufaktur  saat  ini. Pembuatan produk secara cepat dari suatu model CAD merupakan tuntutan yang sangat penting  mengingat  kecenderungan  proses  pembuatan  produk  harus  dapat  dilakukan dengan waktu yang lebih pendek. Pembuatan produk dengan cara Rapid Prototyping tidak memerlukan perencanaan proses seperti pada umumnya untuk membuat suatu produk, tetapi hanya berdasarkan informasi model 3D dari suatu produk saja (Andriyansyah et al., 2021).
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  (Seprianto  &  Wilza,  2017)  tentang  bagaimana membuat produk yang lebih variatif (high variety) dengan harga murah (low price). Prinsip ini dikenal dengan build to order, produk yang disesuaikan namun dapat diproduksi secara massal  pula.  Metode  yang  dapat  menjawab  tantangan  tersebut  adalah  additive manufacturing menggunakan alat 3D Printing (Morales Cantú & Wisalchai Jonsson, 2012) . Pembuatan objek menggunakan 3D Printing memanfaatkan data CAD yang telah terlebih dahulu dibuat (Darianto et al., 2018). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kombinasi parameter  optimal  pada  proses  pembuatan  objek  3D  Printing  sehingga  menghasilkan geometri  yang  akurat  sesuai  dengan  yang  direncanakan.  Parameter  proses  yang diinvestigasi  adalah  layer  height,  print  speed,  perimeter  shells  dan  waktu  polishing. Spesimen  uji  dibuat  dengan  material  polysmooth  TM  mengacu  ASTM  D995-08 menggunakan 3D Printer type Fused Deposition Modeling (FDM) (Islami et al., 2022). Data hasil pengukuran dianalisa menggunakan ANOVA dengan design type 2 level factorial dan design model 4 factorial interactions (4FI) berbantukan perangkat lunak Design- Expert® versi  trial.  Hasil  ANOVA  diketahui  bahwa  faktor- faktor  secara  signifikan  (α=0.05) berpengaruh terhadap geometri objek 3D Printing dan kombinasi parameter optimal yaitu layer  height=0.14  mm,  print  speed=51.73  m/s,  perimeter  shells=3  mm  dengan  waktu polishing=20 menit (Fauzi, 2013).
Maka dari itu pembuatan desain sangatlah penting dalam dunia sekarang, baik itu mengaplikasikannya, menganalisis produk keseharian yang sesuai selera, yang diinginkan dan permintaan pasar sehingga pembuatan desain 3D sangatlah dibutuhkan, tidak hanya di  dunia  industri  tetapi  sangat  berperan  dalam  kehidupan  sehari-hari  (Hidajat  &  Lulus, 2005).  Dalam  hal  ini  kita  memerlukan  kualitas  bahan  dan  alat  yang  kuat  dalam mempengaruhi  kualitas  cetakan.  Dalam  hal  ini  saya  akan  menganalisis  tentang  beban dinamis pada 3D printing yang akan mengakibatkan kerusakan pada bagian rangka (frame) lainnya. Dari  uraian  diatas  maka  penelitian  ini  akan  membahas  tentang  ” Analisis Pembebanan Dinamis Pada Struktur Frame 3d Printing Core XY”

## METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  dimulai  dengan  mencari  sumber informasi,  mencari  data-data  yang  diperlukan,  dan  mencari  literatur  tentang  penelitian sejenis atau yang berkaitan dengan penelitian ini. Kemudian membuat konsep desain dan perancangan  mesin  3D  printing  core  XY  yang  meliputi  pemilihan  bahan  dan  proses, perhitungan secara teoritis dan proses numerik. Penelitian ini dilakukan secara komputasi numeris  berbasis  komputer.  Metode  Penelitian  menggunakan  Metode  Elemen  Hingga.
Metode  elemen  hingga/Finite  Element  Method  (FEM)  adalah  prosedur  numerik  untuk memperoleh  solusi.  Metode  Analisis  dilakukan  dengan  menggunakan  Metode  Elemen Hingga dengan perangkat lunak Ansys Workbench (Isworo & Ansyah, 2018).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Langkah-Langkah Simulasi
Pembuatan CAD part frame 3D Printing
a. Buka Software Inventor dan pilih perintah new. Lalu pilih create.

## Gambar 1 Open Inventor
b. Lalu pilih part dan memilih bidang kerja yang ingin dipakai

## Gambar 2 Pemilihan Part dan Bidang Kerja
c. Setelah memilih bidang kerja yang akan dipakai, selanjutnya membuat sketch seperti gambar dibawah ini. Gambar dibawah ini adalah bagian dari frame. Setelah selesai klik finish sketch.
Gambar 3 Sketch Part Frame
d. Kemudian pilih perintah extrude untuk memberikan ketebalan.

## Gambar 4 Memberi Ketebalan Model
e. Memilih material yang digunakan untuk part tersebut
Gambar 5 Memilih Material Model
f. Simpan part tersebut yang telah dibuat dengan format IPT (Part File)
Gambar 6 Part Frame Selesai
Tahap Assembly Frame 3D Printing
a. Buka software inventor, lalu pilih assembly.

## Gambar 7 Open Assembly
b. Lalu pilih browse untuk menginput komponen yang akan diassembly.

## Gambar 8 Input Components
c. Setelah  digabungkan  seluruh part  menjadi  satu  frame  3D  Printing  dengan menggunakan. Lalu simpanlah assembly tersebut dengan format IPT (File Assembly).
2. Tahap Simulasi Pembebanan dinamis pada Frame 3D Printing (CAE)
Simulasi yang dilakukan terhadap rangka 3D print ialah pengujian beban vertikal, beban vertikal yang diberikan berasal dari beban elektronik seperti extruder, dan motor. Metode atau modul yang digunakan ialah modul Transient Structural (Amri & Sumbodo, 2018).
a. Buka  dahulu  file Assembly  3D  Printing  yang  akan  dianalisa.  Lalu  klik  pada menu Transient Structural.

## Gambar 10 Modul Project Schematic
b. Material
Terdapat  3  material  yang  digunakan  pada  desain  rangka  tersebut,  yaitu Aluminium  Alloy,  PLA,  dan  Carbon  Fiber.  Berikut  dibawah  merupakan  material properties yang digunakan.
Gambar 11 Allumunium Profile 6063-T

## Gambar 13 Fiber
c. Cleaning Geometri
Bertujuan  untuk  menghilangkan  bentuk  detail  yang  tidak  mempunyai pengaruh signifikan terhadap analisis. Bertujuan untuk menghilangkan bentuk yang terlalu  detail  yang  dapat mengakibatkan proses meshing yang lama.
Hasil Cleaning Geometri :

## Gambar 14 Hasil Cleaning Geometri
Setup Condition
Boundary condition yang di input pada analysis terdiri dari:
a. Uji Beban Vertikal.
Uji beban vertikal ini dilakukan pada beberapa titik frame yang dimana terjadi pembebanan  yang  diakibatkan  oleh  berat  dari  masing  masing  komponen electrical seperti extruder, PSU, dan motor. Yang masing – masing komponen electrical tersebut memiliki  berat  3,924  N.  Rangka  tersebut  memiliki  4  titik  tumpuan  ( fix  support) (Ramadhan et al., 2022).
b. Velocity

## Gambar 16 Setup Velocity
Pada bagian velocity dilakukan setup seperti gambar diatas, untuk geometri yang  dipilih  ialah  bagian  extruder  yang  menuju  arah  sumbu  X,  seperti  gambar dibawah.
Gambar 17 Arah Gerak Extruder
c. Meshing Setup
Gambar 18 Meshing Setup General
Gambar 19 Meshing Setup Detail
Pada proses meshing Physics Preference yang digunakan yaitu Mechanical, size function yang  digunakan yaitu Curvature, nilai  curvature normal angle  sebesar 60 ̊ ,
Minimal ukuran size sebesar 0.5 mm, dan ukuran face size maksimal sebesar 60 mm.

## 3. Hasil Desain Preparation

## Gambar 20 Design Preparation
Guna  analisis  di  dalam  Ansys,  pertama-tama  harus  dilakukan  proses  cleaning geometri. Tujuan  dari proses cleaning ini agar  simulasi tidak menjadi berat  dikarenakan part-part tidak perlu, contour-contour tidak perlu, dan me-repair titik, garis, maupun face yang rusak pada desain (Segerlind, 1991).

## 4. Hasil Meshing

## Gambar 21 Nilai Nodes dan Elements
Untuk kualitas hasil meshing sendiri  diukur menggunakan metode skewness, dan mendapatkan hasil di nilai rata-rata sebesar 0.55548.
Gambar 22 Besaran Nilai Hasil Meshing Metode Skewness
Menurut skewness mesh metrics spectrum yang didapatkan dari Web Resmi Ansys, bahwa nilai mesh sebesar 0.55548 menggambarkan kualitas mesh yang baik.

## Gambar 23 Skewness and Orthogonal Quality Mesh Metrics Spectrum
5. Hasil Simulasi Rangka Transient Structural
a. Equivalent Elastic Strain
Hasil dari pengujian elastic strain, nilai maksimal terdapat pada area masing frame dan bracket yang terdapat komponen electrical. Nilai terbesarnya yaitu 8,5x10 -5 mm. Dapat dilihat angka minimum, rata – rata dan maksimum pada gambar grafik dibawah (Wicaksono et al., 2021).

## Gambar 25 Grafik Elastic Strain Transient Structural

## b. Total Deformasi
Gambar 26 Hasil Total Deformasi Transient Structural
Hasil  dari  pengujian  total  deformasi  didapatkan  nilai  maksimal  ialah sebesar

## Gambar 27 Grafik Total Deformasi Transient Structural
c. Equivalent Stress (Von Mises)
Gambar 28 Hasil Equivalent Stress Transient Structural Dari hasil uji pembebanan vertikal didapatkan nilai maksimal equivalent stress sebesar 7,2304x10 -5 MPa pada area frame. Dapat dilihat angka minimum, rata – rata dan maksimum pada gambar grafik dibawah.
Gambar 29 Grafik Equivalent Stress Transient Structural
d. Safety Factor
Gambar 30 Safety Factor Transient Structural
Hasil dari pengujian Safety Factor didapatkan nilai Safety factor nya ialah 15.
6. Hasil Simulasi Rangka Static Structural
a. Equivalent Elastic Strain

## Gambar 31 Hasil Elastic Strain Static Structural
Hasil dari pengujian elastic strain, nilai maksimal terdapat pada area frame dan bracket yang terdapat komponen electrical. Nilai terbesarnya yaitu 4,6392x10 -5 mm.

## b. Total Deformasi

## Gambar 32 Hasil Total Deformasi Static Structural
Hasil dari pengujian Total Deformasi didapatkan nilai maksimal ialah sebesar 0,000019
m untuk total deformasi yang tergambar pada area komponen psu dapat diabaikan, fokus pada bagian frame dan bracket.
c. Equivalent Stress (Von Mises)
Gambar 33 Hasil Equivalent Stress Static Structural
Dari  hasil  uji  pembebanan  vertikal  didapatkan  nilai  maksimal equivalent  stress sebesar 3,24x10 6 Mpa pada area frame.

## d. Safety Factor

## Gambar 34 Safety Factor Static Structural
Hasil dari pengujian Safety Factor didapatkan nilai Safety factor nya ialah dari hasil  uji  vertikal  beban  statis  dan  dinamis  untuk  design  rangka  3D  Printing,  dapat disimpulkan bahwa design sudah sangat aman menahan beban dengan kondisi yang telah dijelaskan sebelumnya. Hal ini dapat dijelaskan dari nilai equivalent stress yang tidak melebihi  dari nilai Yield Tensile  Strength Material dan nilai Safety Factor yang tinggi (Kohnke, 1999).
Hasil Simulasi Nilai Beban Dinamis  Beban Statis Total Deformasi Maksimum  0,00013674 m  0,000019 m Equivalent Elastic Strain Maksimum  8,5x10 -5 mm 4,6392x10 -5 mm
Equivalent Stress ( Von Mises) Maksimum 7,2304x10 -5
MPa 3,24x10 6 MPa
Safety Factor  Maksimum 15 15

## 7. Analisa Hasil Simulasi
Pensimulasian  beban  dinamis  yang  telah  dilakukan  ini  menggunakan perangkat lunak Ansys,  menunjukkan  bahwa  rangka  3D  Printing  Core  XY  ini  memiliki  nilai  total deformasi maximum pada pembebanan dinamis adalah 0,00013674 m, Equivalent Elastic Strain ialah 8,5x10 -5 mm, Equivalent Stress (Von Mises) 7,2304x10 -5 MPa, dan Safety Factor nya 15. Sedangkan pada Static Structural maka didapatkan hasil deformasi maximum nya 0,000019 m , Equivalent Elastic Strain ialah 4,6392x10 -5 mm, Equivalent Stress (Von Mises) 3,24x10 6 MPa, dan Safety Factor nya 15.

## SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  terhadap  Frame  3D  Printing  Core  XY  menggunakan perangkat  lunak  Ansys,  maka  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan  sebagai  berikut. Pertama,  Beban  dinamis  yang  terjadi  memiliki  nilai  deformasi  yang  relatif  bagus  yaitu 0,00013674 m pada saat kondisi beban dinamis dan 0,000019 m pada saat kondisi beban statis  sehingga  dapat  dikategorikan  aman  untuk  digunakan.  Kedua,  Pensimulasian  ini menggunakan  software  Ansys.  Adapun  pengaturan  yang  dilakukan  sebelum  simulasi dimulai  antara  lain,  1)  Verifikasi  material,  material  yang  dipakai  dalam  simulasi  kali  ini adalah  6035-T5.  2)  Menentukan  constraint,  constraint  yang  di  berikan  berupa  fixed geometry pada frame 3D Printer. 3) Meshing, Pada simulasi saat ini, frame dijadikan 158541 elements dan 744085 node. 4) Pembebanan yang diberikan pada simulasi ini merupakan beban  dinamis  dari  motor  yang  bergerak  secara  vertikal  ke  kiri  dan  ke  kanan  saat  3D Printing mencetak sebuah spesimen.

## DAFTAR PUSTAKA
Abidin, Z., & Rama, B. R. (2015). Analisa distribusi tegangan dan defleksi connecting rod sepeda motor  100  cc  menggunakan  metode  elemen  hingga. Jurnal  Rekayasa  Mesin  Universitas Sriwijaya, 15(1), 30 – 39.
Amri,  A.  A.  N.,  &  Sumbodo,  W.  (2018).  Perancangan  3D  Printer  Tipe  Core  XY  Berbasis  Fused Deposition Modeling (FDM) Menggunakan Software Autodesk Inventor 2015. Jurnal Dinamika Vokasional Teknik Mesin, 3(2), 110 – 115.
Andriyansyah, D., Sriyanto, S., Jamaldi, A., & Taufik, I. (2021). Evaluasi akurasi dimensi pada objek hasil 3D printing. Journal of Mechanical Engineering, 5(1), 15 – 20.
Attaran,  M.  (2017).  The  rise  of  3-D  printing:  The  advantages  of  additive  manufacturing  over traditional manufacturing. Business Horizons, 60(5), 677 – 688.
Darianto, D., Umroh, B., & Amrinsyah, A. (2018). Numerical Simulation on Mechanical Strength of a Wooden Golf Stick. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING MANUFACTURES MATERIALS AND ENERGY, 2(1), 13 – 19.
Fauzi, H. (2013). Analisis tegangan pada Frame mobil listrik sinosi menggunakan metode elemen hingga.
Hidajat, R., & Lulus, L. (2005). Teori dan Penerapan Metode Elemen Hingga. Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Islami, L. A., Mardiyana, D., & Ridha, F. F. (2022). Analisis Struktur Aluminium Profile V-Slot Sebagai Desain Rangka Mesin 3d Printer. Jurnal Teknik Mesin, Industri, Elektro Dan Informatika, 1(2),
30 – 44.
Isworo, H., & Ansyah, P. R. (2018). Metode elemen hingga hmkb654. Banjarmasin.
Kohnke, P. (1999). ANSYS theory reference-Release 5.6. ANSYS. Inc., 1286.
Morales Cantú, K. M., & Wisalchai Jonsson, E. (2012). 3D PRINTING FOR END PRODUCTS: A case study of the industry, its capabilities and value chain.
Novakova-Marcincinova, L., & Kuric,  I. (2012). Basic  and advanced materials for fused deposition modeling rapid prototyping technology. Manuf. and Ind. Eng, 11(1), 24 – 27.
Ramadhan,  M.  E.,  Darsin,  M.,  &  Akbar,  S.  I.  (2022).  Akurasi  Dimensi  Produk  Filamen  3d  Printing Berbahan Polipropilen Menggunakan Mesin Ekstrusi. Jurnal Teknosains, 11(2).
Segerlind, L. J. (1991). Applied finite element analysis. John Wiley & Sons.
Seprianto, D.,  & Wilza, R. (2017). Optimasi Parameter Pada Proses Pembuatan Objek  3d Printing Denganteknologi  Fdm  Terhadap  Akurasi  Geometri. Seminar  Nasional  Teknik  Industri  2017 Universitas Gadjah Mada.
Wicaksono, R. A., Kurniawan, E., Syafrianto, M. K., Suratman, R. F., & Sofyandi, M. R. (2021). Rancang Bangun dan Simulasi 3D Printer Model Cartesian Berbasis Fused Deposition Modelling. Jurnal Engine: Energi, Manufaktur, Dan Material, 5(2), 53 – 64.