## PENGARUH ARAH CETAKAN 3D PRINTING TIPE FDM BAHAN POLYMER ABS TERHADAP TENSILE STRENGTH PRODUK YANG DIHASILKAN
Wahyu Widiyanto
Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Diploma 2 Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung Email: wahyu.widiyanto.pdd@polban.ac.id
Tutut Indah Setyani
Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Diploma 2 Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung Email: tutut.indah.pdd@polban.ac.id

## ABSTRAK
Teknologi rapid  prototyping (RP),  terutama  pencetakan  tiga  dimensi  (3D Printing ),  telah berhasil digunakan di banyak aspek. Teknologi FDM membangun komponen lapis demi lapis dari bawah ke atas oleh filamen termoplastik, pemanasan dan ekstrusi. Mesin 3D Printing dikendalikan secara computerize ,  jadi  jalannya nozzel 3D Printing ini  akan  diatur  oleh  komputer  dan  akan menghasilkan  arah  gerakan  yang  berbeda.  Arah  gerakan nozzel bisa  jadi  searah  sumbu  x,  y ataupun  melintang  (internal  geometri).  Perbedaan  arah  tersebut  belum  diketahui  perbedaan kekuatan  tarik  ( tensile  strength )  hasil  cetakan.  Hasil  3D Printing tersebut  perlu  diuji  dengan metode tensile  test untuk  mengetahui perbedaan  perbedaan kekuatan tarik  ( tensile  strength ) hasil cetakan  3D Printing FDM  berbahan  ABS  berdasarkan  arah  gerakan nozzel baik  searah  sumbu  x (0 O ), sumbu y (90 O ) dan melintang (45 O ). Arah cetakan nozzel pada mesin 3D Printing jenis FDM mempengaruhi  kekuatan  tarik  produk  yang  dihasilkan.  Kekuatan  tarik  terbesar  didapatkan  pada produk dengan arah nozzel sudut 0 O sebesar 38.505 MPa, sedangkan terkecil pada produk dengan arah nozzel sudut 90 O sebesar 33.169 MPa. Tetapi  persentase penambahan panjang ke tiga produk ( elongation  percentage )  pada  titik  kekuatan  maksimal  ( peak )  yaitu  sama,  sebesar  sekitar  27  %. Produk 3D Printing jenis FDM dengan arah cetakan nozzel dengan pengaturan internal infill angle offset dan external  infill  angle  offset diatur  pada  sudut  0 O dapat  menghasilkan  kekuatan  tarik ( tensile strength ) terbesar.
Kata Kunci: Rapid prototyping , 3D printing , FDM, ABS, tensile strength

## ABSTRACT
Rapid prototyping (RP) technology, especially three-dimensional printing (3D Printing), has been successfully  used  in  many  aspects.  FDM  technology  builds  layer-by-layer  components  from  the ground  up  by  thermoplastic,  heating  and  extruding  filaments.  The  3D  Printing  machine  is computerized,  so the course  of the 3D  Printing  nozzle  will  be  regulated  by  a computer  and  will produce different directions of movement. The direction of movement of the nozzles can be in the direction of the x, y or transverse (internal geometry). The difference in direction is not yet known about the difference in tensile strength (print tensile strength). The results of 3D Printing need to be  tested  by the tensile  test  method to  determine  differences  in  the  tensile  strength  of the  printed 3D Printing FDM made from ABS based on the direction of the movement of the nozzles both in the x (0 O ), y (90 O ) and transverse (45 O ) directions. The direction of the nozzle mold on the FDM type 3D Printing machine affects the tensile strength of the product produced. The greatest tensile
strength  was  found  in  products  with  0 O angle  nozzles  at  38.505  MPa,  while  the  smallest  in products with 90 O angle nozzles were 33.169 MPa. But the percentage increase in the length of the three  products  (elongation  percentage)  at  the  point  of  maximum  strength  (peak)  is  the  same, amounting to about 27%. 3D Printing FDM type products with nozzle mold direction with internal infill  angle  offset  adjustment  and  external  infill  angle  offset  set  at  0 O angle  can  produce  the greatest tensile strength.
Keywords: Rapid prototyping, 3D printing, FDM, ABS, tensile strength

## 1. PENDAHULUAN
Baru-baru  ini  teknologi rapid  prototyping (RP)  terutama  pencetakan  tiga  dimensi  (3D Printing ), telah berhasil digunakan di banyak aspek. Teknologi 3D Printing memiliki masa depan yang  cerah,  tidak  terkecuali  dalam  pembuatan rapid  prototyping (di  mana  dampaknya  sudah sangat  signifikan),  tetapi  juga  dalam  bidang  industri  manufaktur,  aplikasi  medis,  seni,  dan  luar angkasa  [1].  Teknologi Rapid  prototyping masih  terus  berkembang  menjadi  teknologi  yang bersifat support bagi bidang lain yang mendukung manusia. Teknik 3D Printing dapat memenuhi persyaratan  diversifikasi,  industrialisasi,  dan  informatisasi  untuk  konstruksi  rekayasa,  sehingga memungkinkan untuk membangun struktur dengan mencetak.
Gambar 1. Penelitian Rapid prototyping berdasarkan subject area penelitian data Scopus [2]
Saat  ini  dari  data  Scopus  ada  3  bidang  penelitian rapid  prototyping paling  banyak  diteliti diantaranya  manufaktur  sebesar  58,8%,  computer  science  32%,  dan  bidang  material  sebesar 16,8%, data tersebut dapat dilihat pada gambar 1 [2]. Hal ini menunjukan perkembangan teknologi dan penerapan rapid prototyping sangat pesat. Selective  Laser  Sintering (SLS)  dan Fused  Deposition  Modeling (FDM)  adalah  Teknologi yang umum digunakan dalam 3D Printing [3]. Printer 3D yang beroperasi dengan Teknologi FDM membangun komponen lapis demi lapis dari bawah ke atas oleh filamen termoplastik, Pemanasan dan  Ekstrusi  [4].  Untuk menggunakan mesin  3D Printing maka dimulai  dengan membuat  desain benda  kerja  terlebih  dahulu.  Pembuatan  desain  ini  dapat  menggunakan software desain  seperti
Catia  V5,  Inventor,  CATIA,  Solidwork  dan  lain  –  lain.  Setelah  desain  jadi  maka  file  desain tersebut  di convert keformat software 3D Printing .  Adapun  format  file  yang  digunakan  pada software 3D Printing adalah  stl  ( Stereo  Lithography ).  File  STL  diiris  menjadi  banyak  lapisan digital  tipis.  Setiap  lapisan  yang  berisi  informasi  geometris  ditransmisikan  ke  printer  3D  secara berurutan. Printer membuat setiap lapisan di atas yang lain sesuai dengan data yang diterima [5].
Rapid  prototyping  (RP) merupakan  proses  manufaktur  yang  menghasilkan  objek  atau komponen  dari software  computer  aided  design (CAD).  RP  memungkinkan  visualisasi  suatu gambar tiga dimensi menjadi benda tiga dimensi asli dengan dimensi tertentu. Kualitas objek yang dihasilkan tergantung pada tebal lapisan dari mesin rapid prototyping . Semakin tipis setiap lapisan penyusunnya maka kualitas permukaan objek atau komponen yang dibuat akan semakin baik  [6]. Salah  satu  metode  RF  yaitu  metode Fused Deposition  Modelling (FDM)  adalah  metode  RP dengam  membuat  bentuk  dengan  proses  pelelehan  material  termoplastik  dengan  menggunakan mekanisme ekstruder. Kemudian untuk proses pembuatan objeknya melalui proses lapis demi lapis dengan prinsip bottom up.
Penelitian  sebelumnya  oleh  Lubis  dkk  (2016)  meneliti  pengaruh  posisi  objek  dalam pembuatan rapid  prototyping dengan  menggunakan  3D Printing untuk  bahan  polymer  PLA  dan ABS terhadap kekuatan tarik maupun ketelitian dimensi yang dihasilkan. Produk yang dihasilkan dilakukan pengukuran dimensi untuk melihat akurasi peroduk melalui perubahan dua posisi variasi orientasi objek yakni secara vertikal dan horizontal. Setelah proses pengukuran dimensi, dilakukan pengujian  tarik  spesimen  dengan  menggunakan  alat  uji  tarik.  Dari  eksperimen  yang  dilakukan diketahui  bahwa  posisi  orientasi  dan  besar layer pada  proses Printing memberi  efek  terhadap kualitas  permukaan,  efisiensi  waktu  dan  kekuatan  dari  benda.  Pada  gambar  2  menunjukan  hasil dari produk material PLA dengan orientasi posisi objek horizontal memiliki kualitas dimensi yang paling baik [7].
Gambar 2. Grafik orientasi horizontal PLA dan ABS [7]
Sulayman dkk (2015) pada penelitiannya mengunakan bahan Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)  meneliti  pengaruh  suhu  dari heater  nozzle terhadap  hasil  cetakan  3D Printing .  Specimen yang  dibuat  dengan  ukuran  panjang  127mm  x  lebar  12,7mm  x  tebal  3,2mm.  Variasi  suhu  pada heater  nozzle yang  ditentukan  sebesar  230 o C,  245 o C  dan  260 o C.  Dari  penelitian  tersebut didapatkan suhu 230 o C adalah suhu terbaik untuk mencetak specimen. Hal ini karena mempunyai nilai rata-rata volume dan penyimpangan yang mendekati ukuran sebenarnya [8].
Gambar 3. Histogram perbandingan suhu real dan ujung Nozzle [8]
Mesin  3D Printing dikendalikan  secara computerize .  Jadi  jalannya nozzel 3D Printing ini akan diatur  oleh komputer.  Karena  gerakan nozzel 3D Printing diatur  oleh  komputer,  maka  akan menghasilkan  arah  gerakan  yang  berbeda.  Arah  gerakan nozzel bisa  jadi  searah  sumbu  x,  y ataupun  melintang  (internal  giometri).  Perbedaan  arah  tersebut  belum  diketahui  perbedaan  sifat mekanis  hasil  cetakan.  Perbedaan  mekanis  tersebut  nantinya  dapat  dijadikan  masukan  kepada pelaku  usaha ataupun  penelitian  selanjutnya  untuk  mendapatkan hasil  kekuatan hasil  cetakan  3D Printing yang  lebih  kuat.  Sifat  mekanik  dari  struktur  hasil  cetakan  3D Printing menggunakan bahan ABS adalah fokus utama dari penelitian ini.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Bahan Penelitian Filament ABS
Filament  ABS  ( Acrylonitrile  Butadiene  Styrene )  pada  gambar  4  digunakan  sebagai  feeding material pada proses pencetakan objek tiga dimensi.

## Gambar 4. Filament ABS

## 2.2 Peralatan dan Pengujian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Komputer dengan software Catia digunakan untuk membuat desain spesimen 3D.
2. Komputer dengan software Simplify3D digunakan untuk mengatur setelan objek sebelum dicetak.
3. 3D printer Prusa i3 Alat cetak ini digunakan untuk mencetak objek tiga dimensi dengan material ABS.
4. Jangka  Sorong  dan  mistar  Digunakan  untuk  mengukur  akurasi  dimensi  objek  hasil cetakan dengan desain objek pada komputer.
5. Tensile  test Pengujian  tarik  dengan  standar  ASTM  D638  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan tarik objek uji.
6. Pengujian  kekuatan  tarik  menggunakan  tensile  testing  machine  Beste  KJ-1065  seperti ditunjukan pada gambar 5.
Gambar 5. Mesin tensile testing machine Beste KJ-1065

## 2.3 Diagram Alir
Mulai Desain objek 2D sesuai dengan standar ASTM D638 dan dengan rasio internal geometri sesuai desain menggunakan software Catia Desain Spesimen Uji Tarik Sumbu X (0 O ) Sumbu Y (90 O )
Sumbu melintang (45 O ) Percetakan 3D menggunakan 3D printing Tensile Test Analisis data dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar 6. Diagram Alir Penelitian

## 2.4 Prosedur Penelitian
Berdasarkan diagram alir penelitian pada Gambar 6 tahapan – tahapan dalam penelitian akan dijelaskan sebagai berikut.
1. Desain  3D  spesimen  Objek  yang nantinya  akan  dicetak  terlebih  dahulu  digambar desain dua  dimensinya  menggunakan  aplikasi  Catia  V5  dengan  ukuran  yang  sesusai  dengan standar ASTM D638 untuk pengujian tarik.
2. Slicing  layers dan Printing preparation  Objek  tiga  dimensi  dengan  ukuran  yang  telah ditentukan  pada  proses  sebelumnya  kemudian  di  buka  menggunakan software Simplify3D .  Secara  otomatis  jumlah  lapisan  dari  objek  tiga  dimensi  yang  akan  dicetak dapat  diketahui  jumlahnya  dan  dapat  ditentukan  jumlahnya  dengan  mengatur  ketebalan dari setiap lapisannya.
3. Pencetakan  3D  Setelan  dari  objek  yang  telah  valid  pada software  Simplify3D kemudian dicetak  menggunakan  3D  Printer  dengan  panjang  dan  massa  filament  serta  durasi  yang telah diatur menggkunakan software Simplify3D . Pengaturan arah nozzle dengan internal infill  angle  offset dan external  infill  angle  offset diatur  pada  sudut  0  (sumbu  X),  45 (sumbu melintang), dan 90 (sumbu Y).
4. Pengujian mekanik hasil cetak objek tiga dimensi yang telah berbentuk spesimen uji tarik kemudian dilakukan pengujian mekanik dengan standar ASTM D638.
5. Pengujian kekuatan tarik menggunakan alat Tensile testing machine Beste KJ-1065.

## 2.5 Rancangan Penelitian
Sesuai  rancangan  penelitan  disajikan  dalam  gambar  6.  Variabel  yang  digunakan  untuk pengujian  tarik  ( tensile  test )  merujuk  pada  standar  ASTM  D638  dengan  jumlah  sampel  setiap variabel  adalah  tiga  buah.  Sampel  tiga  buah  terdiri  dari  ketiga  variabel  yaitu  pengaturan  arah nozzle dengan internal infill angle offset dan external infill angle offset diatur pada sudut 0 (sumbu X), 45 (sumbu melintang), dan 90 (sumbu Y).
Gambar  7.  Internal  Giometri  cetak  3D Printing (a.  Giometri  X,  b.  Giometri  Y,  c. Giometri Melintang)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Spesimen 3D Printing
Hasil cetakan spesimen untuk uji Tarik (tensile test) dengan standar ASTM D638 ditunjukan pada gambar 7.
(a) (b) (c)
Gambar 8. Hasil spesimen uji tarik
Pengujian  spesimen  uji  tarik  menggunakan  tensile  testing  machine  Beste  KJ-1065.  Proses pengujan uji tarik pada penelitian ini ditunjukan pada gambar 9.

## Gambar 9.Tensile testing machine Beste KJ-1065
Dari  ketiga  variabel  yaitu internal  infill  angle  offset dan external  infill  angle  offset diatur pada sudut 0, 45, dan 90 didapatkan hasil kekuatan tarik yang berbeda – beda.

## a. Hasil kekuatan tarik Spesimen 0 O
Pada  spesimen  uji  tarik  dengan internal  infill  angle  offset dan external  infill  angle  offset diatur  pada  sudut  0 O didapatkan  hasil  yang  ditunjukan  pada  gambar  9.  Pada  gambar  9 memperlihatkan kekuatan tarik ( tensile strength ) maksimal pada spesimen 0 O sebesar 38.505 MPa.
Penambahan  panjang  spesimen  ( elongation  percentage )  pada  titik  kekuatan  maksimal  ( peak ) sebesar 27.223 %.
Gambar 10. Grafik uji tarik spesimen 0 O
b. Hasil kekuatan tarik Spesimen 45 O
Pada  spesimen  uji  tarik  dengan internal  infill  angle  offset dan external  infill  angle  offset diatur  pada  sudut  45 O didapatkan  hasil  yang  ditunjukan  pada  gambar  10.  Pada  gambar  10 memperlihatkan  kekuatan  tarik  ( tensile  strength )  maksimal  pada  spesimen  45 O sebesar  35.998 MPa. Penambahan panjang spesimen ( elongation percentage ) pada titik kekuatan maksimal ( peak ) sebesar 27.140 %.
c. Hasil kekuatan tarik Spesimen 90 O
Pada  spesimen  uji  tarik  dengan internal  infill  angle  offset dan external  infill  angle  offset diatur  pada  sudut  90 O didapatkan  hasil  yang  ditunjukan  pada  gambar  11.  Pada  gambar  11 memperlihatkan  kekuatan  tarik  ( tensile  strength )  maksimal  pada  spesimen  90 O sebesar  33.169 MPa. Penambahan panjang spesimen ( elongation percentage ) pada titik kekuatan maksimal ( peak ) sebesar 27.159 %.
Gambar 12. Grafik uji tarik spesimen 90 O
Dari hasil pengujian  ketiga  spesimen  didapatkan  perbandingan hasil  yang  ditunjukkan pada tabel 1. Pada tabel 1 menunjukan gaya (beban) terbesar terjadi pada spesimen dengan arah nozzle sudut  0 O dan  gaya  terkecil  terjadi  pada  spesimen  dengan  arah nozzle sudut  90 O .  Kekuatan  tarik ( tensile streanght ) terbesar terjadi pada pada spesimen dengan arah nozzle sudut 0 O dan kekuatan tarik  terkecil  terjadi  pada  spesimen  dengan  arah nozzle sudut  90 O .  Penambahan  panjang  yang terjadi pada ketiga spesimen didapatkan nilai yang hamper sama yaitu sebesar  sekitar 27%.
Tabel 1. Sifat mekanis spesimen uji tarik ( tensile test ) Material Max Force (N) Tensile Strength (MPa) Elongation percentage @ peak (%) Area (mm 2 ) Spesimen 0 O 1684.438 38.505 27.223 43.746 Spesimen 45 O 1601.702 35.998 27.140 44.494 Spesimen 90 O 1445.382 33.169 27.159 43.576

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  uraian  hasil  pembahasan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  arah  cetakan nozzel pada  mesin  3D  printing  jenis  FDM  mempengaruhi  kekuatan  tarik  produk  yang  dihasilkan. Kekuatan tarik terbesar didapatkan pada produk dengan arah nozzel sudut 0 O sebesar 38.505 MPa, sedangkan  terkecil  pada  produk  dengan  arah nozzel sudut  90 O sebesar  33.169  MPa.  Tetapi persentase  penambahan  panjang  ke  tiga  produk  (elongation  percentage)  pada  titik  kekuatan
maksimal  (peak)  yaitu  sama,  sebesar  27.159  %.  Produk  3D Printing jenis  FDM  dengan  arah cetakan nozzel dengan pengaturan internal infill angle offset dan external infill angle offset diatur pada sudut 0 O dapat menghasilkan kekuatan tarik ( tensile strength ) terbesar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  M.  P.  More,  "3D  Printing  Making  the  Digital  Real," International  Journal  Of  Engineering Sciences & Research (IJESRT), pp. 1822-1825, 2013.
[2]  A.  Rinanto  and  W.  Sutopo,  "Perkembangan  Teknologi  Rapid  Prototyping:  Study  Literatur," Jurnal Metris, pp. 105-112, 2017.
[3]  J.  Q.  Al-Maliki,  "The  Processes  and  Technologies  of  3D  Printing," International  Journal  of Advances in Computer Science and Technology, pp. 161-165, 2015.
[4]  V.  G.  Surange  and  P.  V.  Gharat,  "Using  Fused  Deposition  Modelling  (FDM)," International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), pp. 1403-1406, 2016.
[5]  P. Feng, X. Meng, J. F. Chen and L. Ye, "Mechanical properties of structures 3D printed with cementitious powders," Elsevier Construction and Building Materials, pp. 486-297, 2015.
[6]  O. Carneiro, "Fused Deposition Modeling with Polypropylene," Materials and Design Journal, pp. 768-776, 2015.
[7]  S.  Lubis,  S.  Djamil  and  Yolanda,  "Pengaruh  Orientasi  Objek  Pada  Proses  3D  Printing  Bahan Polymer PLA Dan ABS Terhadap Kekuatan Tarik Dan Ketelitian Dimensi Produk," SINERGI Vol. 20, pp. 27-35, 2016.
[8]  D.  Sulayman,  B.  Waluyo  and  B.  Sugito,  "Pengaruh  Suhu  Dari  Heater  Nozzle  Terhadap Produk," Universitas Muhammadyah Surakarta, Surakarta, 2015.