## Optimasi Parameter Proses 3D Printing Terhadap Kuat Tarik Material Filamen PLA + Menggunakan Metode Taguchi
Wahyudi Hafizi Pratama * , Hasdiansah, Husman Teknik Mesin & Manufaktur, Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung *Wyudi3064@gmail.com

## Abstract
FDM (Fused Deposition Modeling) is one of the methods often usen by researchers in 3D printing technology which is used to print filaments products as a materials, due to the easy technique for 3D printing with relatively low production costs. One of the materials that can be processed in a 3D printing machine ia PLA+. Research in tensile testing has been  done on PLA and ABS filaments. Meanwhile, tensile testing using PLA+ filaments is still rarely done. From these problems, research is needed to get the optimal process parameters on the 3D printing machine to get the highest tensile strenght value using PLA+ filaments. This research uses the taguchi method, carried out on a PRUSA area model FDM 3D Printing machine with dimensions of 300mm x 300mm x 350mm using a nozzle size of 0.4mm. The material used is PLA + Esun filament with a diameter of 1.75 mm with a variety of printing speed parameters (30 mm/s, 35 mm/s, 40 mm/s, 45 mm/s, 50 mm/s), nozzle temperature (195 0 C, 200 0 C, 205 0 C, 210 0 C, 215 0 C), layer thickness (0.10mm, 0.15mm, 0.20mm, 0.25mm, 0.30mm), cooling speed (20%, 40%, 60%, 80%, 100%), orientation (0 0 , 30 0 , 45 0 , 60 0 ,90 0 ) which will be determined in ideamaker 3.6.1 to produce 75 printed samples. This research aims to determine the optimal tensile strength value. From the research results there is an optimal tensile strength value, namely in experiment 10 with the parameter values of printing speed (35 mm/s), Nozzle Tenperature (215 0 C), Layer Thickness (0.10mm), Cooling speed (20%), and Orientation (45 0 ). with a tensile strength value of 48.1 MPa from 3 replications.
Keywords : 3D Printing, FDM, tensile strenght, taguchi method, Esun PLA +

## 1.PENDAHULUAN
Baru-baru ini teknologi Rapid Prototyping (RP), terutama pada pencetakan tiga dimensi (3D Printing) , telah berhasil digunakan di banyak aspek. Teknologi 3D Printing memiliki masa depan yang cerah, serta teknologi rapid prototyping masih terus berkembang menjadi teknologi yang bersifat support bagi bidang lain yang mendukung manusia untuk kemajuan teknologi yang dapat mewujudkan apa yang ada di imajinasi ke dalam bentuk yang lebih nyata dan dapat dirasakan melalui sentuhan. Kehadiran 3D printer menjawab kebutuhan akan mencetak sebuah desain secara digital menjadi sebuah produk nyata. 3D printer adalah proses pembuatan benda padat tiga dimensi dari sebuah desain secara digital menjadi bentuk 3D yang tidak hanya dapat dilihat tapi juga dipegang dan memiliki volume.
Salah satu metode yang sering digunakan peneliti pada teknologi 3D Printing adalah Teknik FDM (Fused Deposition Modelling), dikarenakan teknik mudah untuk mencetak 3D, dengan biaya produksi yang terbilang murah, dan material filamen juga sudah banyak dijual dipasaran. Teknologi FDM (Fused Deposition Modelling) juga memiliki kelemahan karena teknologi ini menggunakan proses building per layer sehingga hasil
cetak sangat mudah terlihat garis yang menunjukan batas antar layer, sehingga perlu proses finishing agar mendapatkan permukaan yang halus. Pada penelitian ini, peneliti menggunakan bahan filament Esun PLA + karena reputasi lingkungan yang hijau, bio- compostability ( bio-based plastic ), aroma yang menyenangkan serta deformasi lengkung yang rendah dan kualitas bagian printed yang sangat baik dengan formula (C3HO). Untuk meningkatkan kualitas produk dan menurunkan biaya dalam desain dan pembuatan produk, peneliti menggunakan metode taguchi, metode ini berfokus pada kekuatan tarik filament Esun PLA + [1].
Dimana penelitian Suzen. 2020 yang menggunakan filamen Esun PLA + melakukan penelitian mengenai pengaruh tipe infil dan temperature nozzle terhadap kekuatan tarik produk 3D printing filamen PLA+ Esun, didapat nilai kekuatan tarik yang bervariasi terhadap temperature nozzle 205 0 C, 215 0 C, dan 225 0 C dengan 13 type infill yang berbeda yaitu Grid, Lines, Triangles, Cubic, Cubic Subdivision, Octet, Quarter Qubic, Concentric, Zig Zag, Cross, Cross 3D dan Gyroid. Berdasarkan data hasil pengujian bentuk geometri infill dan temperature nozzle memiliki pengaruh pengaruh besar terhadap kekuatan tarik spesimen uji, sehingga nilai pengujian tertinggi dan terendah pada setiap temperature spesimen dapat diketahui. Pada temperature nozzle 215 0 C menunjukan kekuatan tarik tertinggi pada infill type concentric yaitu 43,20 Mpa dan temperature nozzle 225 0 C memiliki kekuatan tarik 38,10 Mpa. Sedangkan pada temperature nozzle 205 0 C infill Triangles dan Gyroid memiliki kekuatan tarik 33,30 Mpa [2].
Pengaruh layer thickness dan orientasi 3D printing terhadap uji tarik material ABS hasil pengujian tarik dari ke 6 spesimen didapat nilai tegangan tarik yaitu sebesar 21,56 Mpa terdapat pada spesimen AO.25 dan pada spesimen lateral nilai terbesar yaitu 20,78 Mpa terdapat pada spesimen LO.25. dari keseluruhan yang memiliki nilai rata-rata kekuatan tarik tertinggi pada spesimen AO.25 [3]
Adriyansyah, 2018 menjelaskan tentang optimasi parameter proses 3D printing terhadap kuat tarik filamen Polylactic Acid menggunakan metode taguchi, dimana hasil pengujian tarik tertinggi pada spesimen nomor 6 dengan (temperature ekstruder 200 0 C, temperature meja 65 0 C, layer thickness 0,1 mm, dan kecepatan deposisi 60 mm/s), memiliki nilai kuat tarik dengan nilai 18,7 Mpa sedangkan nilai kuat tarik terendah yaitu pada spesimen nomor 3 dengan (temperature ekstruder 190 0 C, temperature meja 65 0 C, layer thickness 0,3 mm, dan kecepatan deposisi 70 mm/s ), memiliki nilai kuat tarik dengan nilai 16,1 Mpa. Masing-masing parameter dihitung tingkat pengaruhnya terhadap nilai kuat tarik spesimen hingga didapatkan parameter optimum yaitu suhu ekstrusi 200 0 C, suhu bed 55 0 C, ketinggian lapisan 0,1 mm serta feed rate 50 mm/s [4]. Sutanto, 2016 dalam penelitiannya tentang tentang pengaruh orientasi objek pada poses rapid prototyping 3D printing terhadap kekuatan tarik material polymer, yang memiliki nilai kekuatan tarik tertinggi bahan polymer PLA yang tertinggi adalah sebesar 14,97 N/mm 2 yang terjadi pada proses 3D printing dengan posisi orientasi spesimen horizontal. Selain itu orientasi posisi spesimen memberi pengaruh terhadap karakteristik material yang dihasilkan [5].
Oleh karena itu pada penelitian ini menggunakan filamen Esun PLA+ yang akan dilakukan pencarian nilai optimum dari Printing speed (30mm/s, 35mm/s, 40mm/s, 45mm/s, dan 50mm/s.), Temperature nozzle (195 0 , 200 0 , 205 0 , 210 0 ,dan 215 0 ), Layer thicness (0,10mm, 0,15mm, 0,20mm, 0,25mm, dan 0,30mm), Cooling speed (20%, 40%, 60%, 80%, dan 100%), dan Orientasi (0 0 , 30 0 , 45 0 ,60 0 , dan 90 0 ). Untuk mengetahui faktor mana yang paling ideal untuk meningkatkan kualitas dari filamen
Esun mem ini di
2. M
2.1 O O x 30 digun meng gamb 2.2 A 1.  M m di 2.  Sp ga ta ME Vol.3 No n PLA+. Pen mbantu meni
ipilih untuk

## METODE PE Objek Pene
Objek pene 0 mm x 35 nakan filla ggunakan s bar 1.

## Alat dan Ba
Mesin 3D Pr mm seperti igunakan un pesimen uji ambar 3a. D ariknya sepe G . 1, Agustus nelitian ini ingkatkan k
k berfokus p

## ENELITIA
elitian elitian dilaku
50 mm den ament PLA software ga Gamb ahan rinting Ane gambar 2a ntuk mencet Gamba i hasil dari Dan kemudi erti pada gam a Gambar 3 . a
menggunak kualitas prod pada kekuata

## AN
ukan pada m gan mengg A + denga ambar deng bar 1. Dime et 8 plus pro a dan filla tak spesime a r 2 .a. mesin proses penc ian di uji de mbar 3b.
a. Spesimen
kan metode duk dan sum an tarik fila mesin 3D P gunakan noz an diamete an bentuk b
ensi dan ben o dengan vo amen PLA en ditunjuka n 3D Printer cetakan me engan mens n uji, b. Mes
taguchi, ka mber daya s amen Esun P
Printing XY zzle beruku er 1,75 m berdasarkan ntuk spesim olume XYZ + dengan an pada gam b r, b. Filame esin 3D Prin in uji tarik sin uji tarik
E
arena metod eminimal m
PLA+ [6]. YZ dengan d uran 0,4 mm mm. Desain n spesimen men uji Z 300 mm x n diameter mbar 2b. en PLA + nter Anet 8 untuk meng b k ( zwick roel
de Taguchi mungkin. M
dimensi 300 m. Material n objek d n pengujian x 300 mm x 1,75 mm plus pro se getahui kek ll )
dapat Metode 0 mm yang dibuat pada x 350 yang
eperti kuatan

## 2.3 Prosedur Penelitian
Tahapan pada penelitian ini dimulai dengan persiapan mesin 3D Printing, filamen 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 ter-arah. Setelah alat dan bahan sudah dipersiapkan selanjutnya akan dilakukan penentuan parameter cetak seperti, Printing speed, Nozzle temperature, Layer thickness, Cooling speed, dan Orientasi seperti pada tabel 1.
Tabel 1. Parameter cetak Desain Taguchi L 25 (O A ) Exp. No Printing speed (mm/s) Nozzle Temperature ( o c) Layer Thickness (mm) Cooling speed (%) Orientasi ( o ) 1 30  195 0,10 20  0 2 30  200 0,15 40 30 3 30  205 0,20 60 45 4 30  210 0,25 80 60 5 30  215 0,30 100 90 6 35  195 0,15 60 60 7 35  200 0,20 80 90 8 35  205 0,25 100 0 9 35  210 0,30 20 30 10 35  215 0,10 40  45 11 40  195 0,20 100 30 12 40  200 0,25 20  45 13 40  205 0,30 40  60 14 40  210 0,10 60  90 15 40  215 0,15 80  0 16 45  195 0,25 40  90 17 45  200 0,30 60  0 18 45  205 0,10 80  30 19 45  210 0,15 100 45 20 45  215 0,20 20  60 21 50  195 0,30 80  45 22 50  200 0,10 100 60 23 50  205 0,15 20  90 24 50  210 0,20 40  0
25 50  215 0,25 60  30
Selanjutnya file diproses pada software ideamaker 3.6.1, dimana tujuan dari proses ini adalah agar desain yang disiapkan dapan dibuat dan diproses oleh mesin 3D Printing. Setelah semua proses selesai, maka akan dilakukan pengujian tarik menggunakan mesin uji tarik ( zwick roell ), untuk mengetahui nilai kekuatan tarik dari spesimen uji.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil
Hasil dari pengambilan data penelitian dilakuan dengan cara mengkombinasikan parameter-parameter proses yang terdapat pada mesin 3D Printing. Adapun parameter
yang berpengaruh pada kekuatan tarik adalah Nozzle temperature, Layer thickness, Printing speed, Orientasi, dan Cooling speed. Berikut merupakan hasil dari pengujian kekuatan tarik pada tabel 2.
Tabel 2. Nilai kuat tarik L 25 Exp Printing speed (mm/s) Nozzle temperature ( 0 C) Layer Thickness (mm) Cooling speed (%) Orientasi ( 0 ) Replikasi 1 MPa Replikasi 2 MPa Replikasi 3 MPa 1 30  195 0,10  20  0 36.2 37.0 33.0 2 30  200 0,15  40  30  34.6 33.8 35.8 3 30  205 0,20  60  45  40.4 38.3 39.5 4 30  210 0,25  80  60  41.2 39.5 43.5 5 30  215 0,30  100 90  46.7 46.7 48.9 6 35  195 0,15  60  60  34.8 33.5 34.5 7 35  200 0,20  80  90  35.1 37.6 36.3 8 35  205 0,25  100 0 34.1 33.7 33.9 9 35  210 0,30  20  30  44.0 43.7 42.1 10 35  215 0,10  40  45  49.3 47.4 47.8 11 40  195 0,20  100 30  35.4 35.3 34.2 12 40  200 0,25  20  45  36.2 37.3 37.4 13 40  205 0,30  40  60  40.5 42.5 40.9 14 40  210 0,10  60  90  46.7 43.9 47.3 15 40  215 0,15  80  0 47.0 49.4 47.0 16 45  195 0,25  40  90  33.1 32.7 35.3 17 45  200 0,30  60  0 36.4 35.9 35.1 18 45  205 0,10  80  30  44.9 45.2 45.4 19 45  210 0,15  100 45  44.0 43.3 43.3 20 45  215 0,20  20  60  46.8 47.7 47.5 21 50  195 0,30  80  45  26.1 27.0 25.7 22 50  200 0,10  100 60  42.5 43.7 42.3 23 50  205 0,15  20  90  41.5 41.9 39.3 24 50  210 0,20  40  0 38.9 41.0 37.9 25 50  215 0,25  60  30  41.4 39.3 40.1

## 3.2. Perhitungan Respon Signal to Noice
Dari data yang telah diperoleh dapat dicari nilai dari rasio S/N pada tiap parameter dengan karakteristik large the better dan berikut hasil perhitungan respon dapat dilihat pada gambar 4 dan tabel 3.
50 45 40 35 30 33 32 31 30 215 210 205 200 195 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 100 80 60 40 20 33 32 31 30 90 60 45 30 0 Printing Speed M e a n o f S N r a ti o s Nozzle Temperatur Layer Thickness Cooling Speed Orientasi Main Effects Plot for SN ratios Data Means Signal-to-noise: Larger is better
Gambar 4. Plot rasio S/N untuk respon kekuatan tarik
Tabel 3. Rasio S/N respon kekuatan tarik
Level Printing speed (mm/s) Nozzle Temperature ( 0 C) Layer Thickness (mm) Cooling Speed (%) Orientasi ( 0 ) 1 31,90 30,29 32,71 32,15 31,61 2 31,71 31,35 32,02 31,84 31,92 3 32,27 32,03 31,80 31,80 31,61 4 32,20 32,58 31,38 31,65 32,29 5 31,44 33,27 31,60 32,08 32,08 Delta 0,83  2,98  1,33  0,50  0,68 Rank 3 1 2 5 4
Berdasarkan gambar 4 dan tabel 3 diperoleh urutan parameter yang paling berpengaruh terhadap respon adalah Nozzle temperature adalah pengaruh yang pertama dikarenakan jika tingkat suhu nozzle ditambah maka aliran filamen yg keluar juga semakin banyak dan laju alirannya semakin besar. Layer thickness merupakan pengaruh yang kedua dimana jika ditingkatkan maka ketebalan filamen yang diekstrusikan semakin tebal dan proses pencetakan nya semakin cepat, akan tetapi nilai kekuatan tarik nya semakin lemah. Printing speed merupakan pengaruh yang ketiga kecepatan alur pencetakan tergantung dari printing speed apabila printing speed ditingkatkan maka proses pencetakan akan semakin cepat, akan tetapi jika tetapi spesimen yang dihasilkan tidak terisi penuh oleh aliran filamen. Orientasi merupakan pengaruh yang keempat parameter ini bisa mengatur posisi cetak spesimen sesuai dengan derajat yang ditentukan. dan Cooling speed merupakan pengaruh yang kelima pada saat nozzle melakukan ekstrusi yang mengakibatkan suhu nozzle panas, cooling speed dapat menjaga suhu nozzle agar tetap terjaga pada level yang ditentukan. Berdasarkan hasil pengujian, maka diperoleh setting parameter terbaik dalam menghasilkan nilai kekuatan tarik tertinggi adalah 215 0 C untuk nozzle temperature, 0,10 mm untuk layer thickness, 35 mm/s untuk printing speed, 45 0 untuk orientasi dan 40% untuk cooling speed.

## 4. KESIMPULAN
Nilai kekuatan tarik yang paling kuat diantara Parameter  Taguchi L25 OAYaitu pada eksperimen ke 10 dengan printing speed (35), nozzle temperature (215), layer thickness (0,10), cooling speed (20), &orientasi(45), dengan kekuatan tarik dari 3 replikasi sebesar 48,1 MPa. Pada hasil pengujian tarik urutan faktor yang paling berpengaruh terhadap filamen Esun PLA+ adalah nozzle temperature, layer thickness, printing speed , orientasi dan cooling speed .

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1].   Yolanda , Djami, S., & Lubis, S. (2016). Pengaruh Orientasi Objek Pada Proses 3D Printing Bahan Polyner PLA dan ABS Terhadap Kekuatan Tarik dan Ketelitian Dimensi Produk. SINERGI Vol. 20, No. 1, Februari 2016 , 1-9.
[2]. Suzen, Z. S., Hasdiansah, & Yulianto. (2020). Pengaruh Tipe Infil Dan Temperature Nozzle Terhadap Kekuatan Tarik Produk 3D Printing Filamen Pla + Esun. Manutech , 1-8.
[3].   Kholil, A., Aufi, F., & Syaefudin, E. A. (2020). Pengaruh layer thickness dan orientasi 3D Printing terhadap uji tarik material ABS. NCIET , 1-8.
[4].   Andriyansyah, D., Herianto, & Purfaji. (2018). Optimasi Parameter Proses 3D Printing Terhadap Kuat Tarik Filamen Polylactic Acid Menggunakan Metode Taguchi. Departemen Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281 Indonesia , 8.
[5].   Sutanto. Lubis, D. (2016). Pengaruh Posisi Orientasi Objek Pada Proses Rapid Prototyping 3D Printing Terhadap Kekuatan Tarik Materal Polymer. SINERGI Vol.20, No.3, Oktober 2016: 229-238 , 1-10.
[6].   Soejanto, I. (2009). Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi. Yogjakarta; Graha Ilmu.