## Pengaruh Media, Temperatur dan Waktu Perlakuan Annealing Pada Spesimen Standar ASTM D638 Type IV Menggunakan Filamen ST PLA
Yulian Subakti*, Hasdiansah Zaldy Kurniawan Teknik Mesin dan Manufaktur. Polman Babel. Kawasan Industri Air Kantung. Sungailiat Bangka Belitung
* Subaktiyulian@gmail.com

## Abstract
Fused Deposition Modeling (FDM) is a technique of 3D Printing machines that is popularly used to print products. The printed product certainly has the ideal tensile strength characteristics if it has a precise size and good shape according to the standard. One of the materials that can be processed in a 3D printing machine is ST PLA. Research in terms of tensile testing has been carried out on PLA/ABS materials. However, tensile testing with annealing process using ST PLA filament is still very rarely done. From these problems, it is necessary to research to obtain optimal process parameters on 3D printing machines, to obtain the highest tensile strength from the annealing process using ST PLA material. This research was conducted using a 3D printer DIY Prusa model with a printing area of XYZ, 300 mm x 300 mm x 350 mm. The material used is ST PLA filament with a diameter of 1.75 mm in green. The process parameters in this research are layer thickness, nozzle temperature and flow rate. For annealing media use beach sand, coffee and wheat. The shape of the test specimen follows the ASTM D638 type IV standard. As for the design of the process parameters using the Taguchi L 9 method (3 3 ). The process parameter values that produce the highest tensile strength without annealing are layer thickness 0.3 mm, nozzle temperature 205 o C, and flow rate 100%. The annealing process parameters that produce the highest tensile strength are annealing time of 15 minutes, oven temperature of 110 o C, for annealing media using coffee.
Keywords : Annealing, ST PLA Filament, Taguchi Methode

## 1. PENDAHULUAN
Hadirnya teknologi 3D printing dalam dunia manufaktur membawa perubahan besar pada dunia industri. Teknologi yang juga dikenal dengan sebutan additive manufacturing sebenarnya sudah hadir sejak tahun 1980-an. Proses pembuatan objek dilakukan dengan cara menambahkan ribuan lapisan kecil yang dikombinasikan untuk hasilkan barang jadi atau finished products . Salah satu metode yang sangat populer dalam additive manufactur adalah fused depasition modelling (Knic.co.id).
Fused depasition modelling (FDM) merupakan salah satu metode yang cukup populer dalam additive manufactur dimana produk yang dihasilkan melalui proses ini berpotensi untuk dapat bersaing dengan metode manufaktur konvensional (injection moulding). Bahan/material yang digunakan dalam teknologi 3d printing adalah plastik. Plastik mengalami perkembangan dan penggunaan yang sangat luas. Ditambah dengan hadirnya teknologi 3D printing . salah satu polymer plastik dalam teknologi 3D printing adalah filamen ST PLA.
ST PLA merupakan pengembangan filamen PLA yang dikomposkan dengan aditif spesial, tidak berpengaruh biodegradasi, beberapa kali lebih keras dibandingkan dengan
PLA normal sehingga bisa menghasilkan kekuatan yang lebih baik, ikatan yang luar biasa dan tahan akan benturan (www.primes3d.com). Dalam rangka peningkatan properti filament ST PLA perlu dimodifikasi untuk memperbaiki sifatnya, salah satunya dengan proses annealing , pada proses annealing diperlukan beberapa variasi antara lain media, waktu annealing dan temperatur annealing. Variasi faktor tersebut tidak memiliki nilai pasti dalam pengerjaanya, sehingga dibutuhkan pencarian nilai yang tepat untuk mendapatkan produk yang sesuai dengan harapan.
(Slavkovic, Grujovic, Disic, & Radovanovic, 2017) telah melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh Arah Pengumuman dan Pencetakan Pada Sifat Mekanis Polimer Memori Bentuk  PLA Yang Dihasilkan Oleh Pemodelan Deposisi Fuse ”. Dari penelitian ini didapatkan hasil kekuatan akhir rata-rata adalah 33,83 MPa (± 0,46 MPa) untuk sampel yang dicetak dan 44,06 MPa (± 0,6 MPa) untuk sampel yang dianil. Spesimen yang dianil menunjukkan peningkatan kekuatan ultimit sebesar 30,25% dibandingkan dengan sampel yang dicetak. Anil menyebabkan peningkatan 19% dalam modulus elastisitas rata-rata, dari 1,35 GPa (± 0,057) untuk sampel yang dicetak menjadi 1,67 GPa (± 0,122) untuk sampel yang dianil, tegangan-regangan untuk sampel yang dicetak dan dianil menyebabkan peningkatan 9% dalam modulus elastisitas rata- rata dari 1,65 GPa (± 0,12) untuk sampel yang dicetak hingga 1,82 GPa (± 0,097) untuk sampel yang dianil. (1)
(Srithep, Nealey, & Sheng Trung, 2012 ) juga melakukan penelitian tentang “ Effects of Annealing Time and Temperature on the Crystallinity and Heat Resistence Behavior of Injection-Molded Poly(lactic acid) “. Dari penelitian ini didapatkan hasil Hasil penelitian, Kekuatan tarik dari campuran PLA anil terasa lebih tinggi dibandingkan dengan spesimen yang dicetak, Pada suhu anil 80 o C kekuatan tarik untuk spesimen PLA yang dicetak dan 3 spesimen PLA yang di annealing, dengan waktu Anil 14, 23 dan 30 menit ditemukan sekitar 65,3 71,7 73,5 dan 76,0 Mpa. Masing-masing yang mencapai peningkatan maksimum 17% modulus tarik, spesimen PLA yang di anil penuh meningkat maksimum 6,4%. Jenis yang sama tren ditemukan untuk spesimern yang di anil pada suhu 65 o C. Untuk waktu yang lebih lama, Kekuatan tarik dan modulus spesimen PLA  yang di Anil penuh pada suhu Anil 65 0 C ditemukan meningkat sekitar 26% dan 13%.  (2).
Oleh karena itu, pada penelitian ini menggunakan filamen ST PLA yang akan dilakukan proses pencarian nilai terhadap pengaruh dari media pasir pantai, kopi, gandum beserta temperatur annealing (100, 110, 120 ) dan waktu annealing (15, 20, 25). Untuk mengetahui faktor mana yang paling ideal untuk meningkatkan kualitas dari filamen ST PLA.
2.  M T pada 2.1 O O mm yang meng type
2.2. A 1.  M D pe
METODE P
Tahapan pe
a gambar 1 .
Objek Pene Objek pene x 300 mm g digunakan ggunakan s
IV. Ditunju
Alat dan  B Mesin 3D Pr Dengan men enelitian ini
PENELITIA enelitian ya elitian elitian dilaku x 350 mm n filamen S software gam ukkan pada Gambar Bahan rinting Anet nggunakan i adalah fila
AN ang dilakuk Gambar ukan pada m m dengan m ST PLA den mbar denga gambar 2.
2 . Dimensi
t 8 pro deng
nozzle ber amen ST PL kan mengik 1 . Diagram
mesin 3D p menggunaka ngan diame an bentuk d i dan bentuk
gan volume rukuran 0,4 LA, warna h kuti  diagram
m penelitian
printing area an nozzle be eter 1,75 m dan dimens k spesimen e  XYZ 300 4 mm. Bah hijau seperti
m aliran ya a XYZ deng erukuran 0, mm. Desain si bedasarka uji 0 mm x 300 han yang d gambar  be
A
ang ditunju
gan dimens ,4 mm. Ma objek dide an ASTM 0 mm x 350 digunakaan erikut.
ukkan
si 300 aterial esaian D638 0 mm. pada
Gambar 3 . Filamen ST PLA dan mesin 3D printing Tabel 1. Spesifikasi Filamen ST PLA Filament Diameter 1.75 mm Recommend Extruder Temperature 190-220 0 C Recommend Platform Temperature 45-60 0 C Density 1,24 g/cm 3 Tensile strenght 47,9 Mpa Elongation at Break 82 %
2. Mesin uji tarik merk Zwick Roell dan Oven merk SAKAI seperti gambar berikut
Gambar 4. Mesin uji tarik
Gambar 5 . Oven untuk proses annealing
3. Spesimen Uji seperti pada gambar  6.
Gambar 6 . Spesimen uji

## 2.3  Langkah-langkah penelitian
Tahapan pada penelitian ini berurutan dimulai dengan persiapan mesin 3D printing, filamen ST PLA, software ideamaker 3.6.1 dan software gambar. Semua alat dan bahan yang berhubungan dengan penelitian ini akan disiapkan dengan sebaik mungkin supaya proses penelitian ini terarah. Setelah persiapan penelitian selesai, maka akan dilanjutkan dengan penentuan parameter proses cetak seperti layer thickness , nozzle temperature dan flowrate seperti pada tabel 2.
Tabel 2 . Parameter Cetak Desain Taguchi L 9 (O A )
Exp. No Layer Thickness (mm) Nozzle Temperature ( 0 C ) Flowrate (% ) 1 0,1 195 95 2 0,1 200 100 3 0,1 205 105 4 0,2 195 100 5 0,2 200 105 6 0,2 205 95 7 0,3 195 105 8 0,3 200 95 9 0,3 205 100
Dari tabel 2 nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada spesimen nomor  9 (sembilan) dengan layer thickness (0,3 mm) nozzle temperature (205 0 C) dan flowrate (100 %) menghasilkan kekuatan tarik sebesar 47,66 Mpa. Selanjutnya spesimen yang mengahasilkan kekuatan tarik tertinggi akan dicetak kembali menggunakan mesin 3D printing seperti pada gambar 7 untuk proses annealing. Dengan pengaturan proses annealing seperti tabel 3.
Gambar 7 . Proses pembentukan spesimen uji
Tabel  3. Faktor variasi Annealing Taguchi L 9 OA
Exp. No Waktu Annealing Temperatur Annealing Media Annealing 1 15 100 Pasir pantai 2 15 110 Kopi 3 15 120 Gandum 4 20 100 Kopi 5 20 110 Gandum 6 20 120 Pasir pantai 7 25 100 Gandum 8 25 110 Pasir pantai 9 25 120 Kopi

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengambilan data penelitian dilakukan dengan cara mengkombinasikan parameter proses. Adapun parameter proses pada penelitian ini yang mempengaruhi kekuatan tarik dari filamen ST PLA seperti layer thickness, temperature nozzle dan flow rate. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Rata-rata hasil pengujian tarik dari proses annealing
Exp   Waktu (min) Suhu ( 0 C) Media Rep.1 Rep 2 Rep.3 Rep.4 Jumlah Rata-rata (Mpa) 1  15  100 Pasir pantai  44,9 41,5 47,1 48,0  181,5 45,37 2  15  110 Kopi 48,1 51,5 47,8 51,2  198,6 49,65 3  15  120 Gandum 50,2 46,8 50,1 47,8  198,6 48,72 4  20  100 Kopi 43,9 44,5 46,8 51,5  186,7 46,67 5  20  110 Gandum 42,8 42,9 43,4 49,5  178,6 44,65 6  20  120 Pasir pantai 46,1 46,5 44,6 46,9  184,1 46,02 7  25  100 Gandum 45,3 44,4 53,6 51,8  195,1 48,77 8  25  110 Pasir pantai 42,9 45,2 52,7 52,4  193,2 48,3 9  25  120 Kopi 47,9 51,2 42,9 50,2  192,2 48,05

## 3.1 Perhitungan Respon Signal to Noise
Dari data yang telah diperoleh dapat dilakukan pencarian nilai rasio S/N pada tiap parameter dengan large the better dan berikut diperoleh hasil perhitungan respon dapat dilihat pada gambar 8 berikut dan tabel 5.
25 20 15 30, 200 30, 175 30, 150 30, 125 30, 100 120 110 100 3 2 1 30, 200 30, 175 30, 150 30, 125 30, 100 w a ktu a nne a ling M e a n of S N r a ti os te mpe ra tur me dia  A nne a ling M a in Effe cts  P lot for  S N  r a tios Da ta M e ans S igna l-to-noise : La rger is bette r Gambar 8 . Plot rasio S/N untuk respon kekuatan tarik Tabel  5 . Respon rasio S/N
Level Waktu Annealing (min) Temperature  ( 0 C) Media Annealing 1 30,19  30,13 30,12 2 30,08  30,16 30.20 3 30,20  30,18 30,16 Delta 0,12 0,04  0,08 rank 1 3 2
Dari gambar  9 dan tabel 4 dapat diketahui parameter proses mana yang mempengaruhi dari kekuatan tarik filamen ST PLA yaitu waktu annealing 15 (min), media annealing (kopi) dan waktu annealing 120 0 C.

## 3.2 Hasil Analisisi Variansi (ANAVA)
Tabel 6. Hasil Analisi Variansi (ANAVA)
Hipotesis Pengujian : H 0 : Tidak ada pengaruh H 1 : Ada pengaruh Kriteria pengujian : Tolak H 0 jika F hitung > F tabel ( α = 5% ) Hasil dari analisis pada tabel 6 dapat dilihat pada tabel 7 berikut
Tabel 7. Keputusan Uji Komparasi Terhadap Respon F-Test F-Tabel (0,05;2;8) Keputusan Uji Waktu annealing 1,21    H0 Diterima Temperature 0,14 4,46  H0 Diterima Media annealing 0,46    H0 Diterima
Dari tabel 6 dapat memberikan  informasi bahwa dari 3 variasi parameter proses annealing tidak ada pengaruh yang signifikan terhadap kekuatan tarik dari filamen ST PLA.

## 4. KESIMPULAN
Hasil pengujian tarik dari  proses annealing dapat ditarik kesimpulan bahwa kekuatan tarik tertinggi dari filamen ST PLA dari proses annealing dengan 3 variasi parameter proses yaitu,  waktu annealing, temperatur dan media annealing . Nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada spesimen nomor 2 (dua) dengan waktu annealing (15 menit), temperatur annealing (110 0 C) dan media annealing (kopi). Menghasilkan kekuatan tarik sebesar 49,65 MPa. Sedangkan parameter yang menghasilkan kekuatan tarik terendah terdapat pada spesimen nomor 5 (lima) dengan waktu annealing (20 menit), temperatur annealing (110 0 C), untuk media annealing menggunakan gandum, yang menghasilkan kekuatan tarik sebesar 44,65 MPa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. A Akbar, Nurdin and Hermawan, Yuni. (2014) , Pengaruh Variasi Holding Time dan Temperatrur Paduan Polipropilena (PP) dengan Serat Sabut Kelapa Terhadap Kekuatan Tarik dan Bending, Pada Proses Injection Molding. Jurnal ROTOR , pp. 1-4.
[2]. Andriyansyah, Deni, Herianto and Purfaji. (2018) , Optimasi Parameter Proses 3D Printing Terhadap Kekuatan Tarik Filamen Polylactic Acid Menggunakan
Metode Taguchi. 2018, Seminar Naisonal Pendidikan Teknik Otomotif , pp. 61- 68.
Sumber DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Waktu Annealing 2 0,3428 0,3428 0,1714 1,21 0,453 Temperature 2 0,0388 0,0388 0,0194 0,14 0,880 Media Annealing 2 1,1320 0,1320 0,0660 0,46 0,683 Error 2 0,2842 0,2842 0,1421 Total 8 0,7978
[3]. Butt, Javaid and Bhaskar, Raghunath. (2020) , Investigating the Effects of Annealing on the Mechanical Properties of FFF-Printed Thermoplastics , Manufacturing and Materials Processing, pp. 2-20.
[4]. Geng, Peng, et al. (2018) , Effects of Thermal Processing and Heat Treatment Condition on 3D Printing PPS Properties. Polymers, pp. 2-12.
[5]. Halawa, Erniwati. (2013) , Pengarug Annealing Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanik Polietelen -Grafting -Maleat Anhidride (PE-g-MAH). Eienstein, pp. 8-14.
[6. Kholil, A., Aufi, F. and Syaefudin, E.A. 2020, Pengaruh Layer Thickness Dan Orientasi 3D Printing Terhadap Uji Tarik Material ABS . NCIET , pp. 219-226.
[7]. Slavkovic, Vukasin, et al. (2017) , Pengaruh Arah Pengumuman dan Pencetakan Pada Sifat Mekanis Polimer Memori  Bentuk  PLA yang Dihasilkan oleh Pemodelan Deposisi Fused. , Serbian society of mechanics mountain tara, pp. 1-8.
[8]. Srithep, Yotta, Nealey, Paul and Sheng Trung, Lih. (2012) , Effects of Annealing Time and Temperature on The Crystallinity and Heat Resistance Behavoir Of injection-Molded Poly(lactic-Acid) . Polymer Engineering and Science , pp. 1-9.
[9]. Suzen, Z.S., Hasdiansah and Yulianto. (2020) , Pengaruh Tipe Infill dan Temperatur Nozzle Terhadap Kekuatan Tarik Produk 3D Printing Filamen PLA+ Esun. Jurnal Teknologi Manufaktur , pp. 74-80.
[10]. yu, long, et al. (2008) , Effect of Annealing and Orientation on Microstructures and mechanical Properties of Polylactic Acid. POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE , pp. 635-641.