## PENGARUH ORIENTASI OBJEK PADA PROSES 3D PRINTING BAHAN POLYMER PLA DAN ABS TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KETELITIAN DIMENSI PRODUK
Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Yolanda Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jl. S.Parman No. 1, Jakarta 11400 E-mail: sobron_lbs@yahoo.com
Abstrak -- Penelitian ini dilaksanakan untuk mengetahui pengaruh posisi objek dalam  pembuatan protipe cepat (rapid prototyping) dengan menggunakan  3D printing untuk bahan polymer PLA dan ABS terhadap kekuatan tarik maupun ketelitian dimensi yang dihasilkan. Untuk  mencapai objektif penelitian  ini  dilakukan  percobaan  dengan  membuat  prototype  spesimen  ujitarik  berdasarkan ASTM  dengan  menggunakan  3D  printer.  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. Produk  material  PLA  dengan  orientasi  posisi  objek horizontal  memiliki  kualitas  dimensi  yang  paling  baik.  Jumlah  kesalahan  akurasi  material  ini  tidak melebihi  1  mm  pada  setiap  layer.  Material  ABS  dengan  posisi  orientasi  objek    vertikal  dan  tebal layer sebesar 0,10 mm menghasilkan kekuatan tegangan tarik yang terkecil sebesar 8,62 MPa dan material  PLA  dengan  orientasi  posisi  objek  horizontal  dengan  dan  tebal  layer  sebesar  0,40  mm menghasilkan kekuatan tegangan tarik terbesar 35,57 MPa
Kata kunci : 3D Printing, uji tarik, bahan polymer, PLA, ABS
Abstrak -- Penelitian ini dilaksanakan untuk mengetahui pengaruh posisi objek dalam pembuatan protipe cepat (rapid prototyping) dengan menggunakan 3D printing untuk bahan polymer PLA dan ABS terhadap kekuatan tarik maupun ketelitian dimensi yang dihasilkan. Untuk  mencapai objektif penelitian  ini  dilakukan  percobaan  dengan  membuat  prototype  spesimen  ujitarik  berdasarkan ASTM  dengan  menggunakan  3D  printer.  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. Produk  material  PLA  dengan  orientasi  posisi  objek horizontal  memiliki  kualitas  dimensi  yang  paling  baik.  Jumlah  kesalahan  akurasi  material  ini  tidak melebihi  1  mm  pada  setiap  layer.  Material  ABS  dengan  posisi  orientasi  objek    vertikal  dan  tebal layer sebesar 0,10 mm menghasilkan kekuatan tegangan tarik yang terkecil sebesar 8,62 MPa dan material  PLA  dengan  orientasi  posisi  objek  horizontal  dengan  dan  tebal  layer  sebesar  0,40  mm menghasilkan kekuatan tegangan tarik terbesar 35,57 MPa
Kata kunci : 3D Printing, uji tarik, bahan polymer, PLA, ABS

## PENDAHULUAN
Persaingan  dalam  industri  global  yang semakin  ketat,  efisiensi  dalam  proses  dan ketepatan/akurasi  dimensi  produk  merupakan suatu  hal  yang  sangat  penting.  Hal  tersebut tentunya  memberi  pengaruh  yang  signifikan terhadap biaya yang dikeluarkan dalam menghasilkan produk yang berkualitas. Sebelum  sebuah  produk  dibuat  dalam  jumlah massal, terlebih dibuat model / prototipe produk untuk mengetahui bentuk, dimensi, dan
ergonominya,  agar  dapat  dilakukan  evaluasi. Pembuatan  prototype  dapat  dilakukan  melalui metode menghilangkan sebagian material pada benda  kerja  tersebut,  melakukan  proses penekanan  material,  atau  dengan  metode penambahan  material  pada  produk  yang dikenal  dengan additive  manufacturing atau layer  manufacturing .  Pembuatan  prototype cepat ( rapid prototyping ) dewasa ini perkembangannya  sangat  cepat.  Salah  satu diantaranya adalah penggunaan mesin
pencetak  tiga  dimensi,  bahan  yang  digunakan adalah  jenis  polymer  PLA  dan  ABS.  Pada proses  pengerjaan  metode  3D  printer,  faktor posisi  orientasi  objek  memegang  peranan penting dalam menentukan kwalitas produk dan juga kekuatan material yang dihasilkan, karena membentuk  susunan  material  secara  berlapis berdasarkan  posisi  orientasi  yang  rancang. Penelitian  ini  dilakukan  mengetahui  pengaruh posisi  orientasi  pada  proses  3D  printing terhadap  kekasaran  produk  dan  kekuatan  tarik material yang dihasilkan.

## TINJAUAN PUSTAKA
Rapid Prototyping
memungkinkan visualisasi  suatu  gambar  tiga  dimensi  menjadi benda  tiga  dimensi  asli  yang  mempunyai volume. Selain itu produk-produk rapid prototyping juga dapat digunakan  untuk menguji suatu part tertentu. Salah satu aplikasi pada bidang teknik pengunaan rapid prototyping adalah  pembuatan  lengan  robot berkaki yang dilakukan di laboratorium mekatronika  Universitas  Tarumanagara  untuk pembuatan  robot  dalam  ajang  kompetisi  robot beberapa  waktu  yang  lalu.  Lengan  robot berkaki  ini  digunakan  pada  bagian  lengan robot untuk menggerakkan robot dengan fungsi sebagai  sendi  robot  sebagaimana  ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Lengan Robot Berkaki
Selain  dalam  bidang  teknik, 3D  printing juga  digunakan  dalam  bidang  medikal.  Salah satu contohnya adalah pembuatan organ untuk hewan  yang  mengalami  kecacatan.  Seperti pembuatan  kaki  untuk  seekor  itik  yang mengalami  kecacatan.  Hal  ini  diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Pembuatan Kaki Untuk Hewan Rapid Prototyping (RP) dapat didefinisikan  sebagai  metode-metode  yang digunakan  untuk  membuat  model  berskala
( prototipe ) dari mulai bagian suatu produk (part) ataupun  rakitan  produk  ( assembly )  secara cepat  dengan  menggunakan  data computer aided  design (CAD)  tiga  dimensi.  Metode  RP pertama  ditemukan  pada  tahun  1986  di California, USA yaitu dengan metode Stereolithography .  Setelah  penemuan  metode tersebut  berkembanglah  berbagai  metode lainnya yang memungkinkan pembuatan prototipe dapat dilakukan secara cepat (Widyanto, 2007).
Saat  ini,  pembuatan prototipe menjadi syarat  tersendiri  pada  beberapa  perusahaan dalam upaya  penyempurnaan  produknya.
Beberapa  alasan  mengapa rapid  prototyping sangat  berguna  dan  diperlukan  dalam  dunia industri adalah: meningkatkan efektifitas komunikasi  lingkungan  industri  atau  dengan konsumen,  mengurangi  kesalahan-kesalahan produksi  yang  mengakibatkan  meningkatnya biaya produksi, mengurangi waktu pengembangan  produk  baru,  meminimalisasi perubahan-perubahan mendasar serta
memperpanjang  jangka  pakai  produk  misalnya
dengan  menambahkan  beberapa  komponen fitur  atau  mengurangi  fitur-fitur  yang  tidak diperlukan dalam desain.
Proses Rapid Prototyping diawali dengan validasi  model  CAD  3D  produk.  Model  yang sudah valid kemudian  diorientasikan  kepada ruang  pembuatan  ( part  orientation ).  Konsep dari rapid  prototyping adalah  dengan  membagi benda  dengan  ketebalan  yang  kecil  sesuai dengan  penampang  dari  benda  tersebut. Selanjutnya,  mesin rapid  prototyping membuat produk  tiga  dimensi  dengan  menambahkan bahan/material  secara  lapis  demi  lapisan sesuai  dengan  pembagian  penampang  benda. Kualitas  dari  permukaan  benda  tergantung pada tebal lapisan dari mesin rapid prototyping. Semakin  kecil  tebal  lapisan  maka  kualitas permukaan semakin baik (Chua et al. 2003).
Beberapa  metode Rapid  Prototyping yang berkembang saat ini antara lain:

## Stereolithography (SLA)
Dalam  teknik  SLA,  sebuah prototype dibuat  dengan  cara  menembakkan  sinar  laser ke  permukaan  sebuah  wadah  ( vat )  yang  berisi cairan photopolymer ( resin ) . Cairan  ini  akan langsung  mengeras  saat  laser  mengenai permukaannya.  Setelah  satu layer selesai dikerjakan,  sebuah platform  digerakkan turun beberapa  milimeter,  sebuah  penyapu  ( recoater blade ) membersihkan sisa-sisa resin di permukaan  dan layer berikutnya  dikerjakan  di atas layer yang  telah  diselesaikan  (Chua  et  al. 2003).

## Selective Laser Sintering (SLS) Laminated Object Manufacturing (LOM)
Kerja  LOM  menggunakan  material berupa kertas khusus yang digerakkan melewati sebuah platform . Sinar laser ditembakkan  menurut  bentuk layer ,  memotong kertas  pada platform . Platform akan  bergerak turun dan material baru dilewatkan di atas layer yang  telah  terbentuk  dan  proses  diulangi  lagi sampai semua layer selesai dikerjakan. Sebuah roller pemanas  ( heated  roller )  memanaskan layer yang  telah  terbentuk  agar  menyatu dengan layer di bawahnya (Amin, 2007).

## Fused Depsition Modelling (FDM)
Fused Deposition Modeling adalah metode  pembuatan  prototipe  dengan  proses pelelehan material termoplastik dengan menggunakan mekanisme ekstruder. Kemudian proses  pembuatan  prototipe  melalui  proses lapis demi lapis (Rafiq, 2006).
Pada dasarnya penggunaan rapid prototyping  dapat  dibagi  atas  3  bagian
berdasarkan bahan yang digunakan antara lain: rapid  prototyping  berbahan  dasar  padat,  rapid prototyping  berbahan  dasar  cair  dan  rapid prototyping berbahan dasar serbuk.
Susilo Adi Widyanto (2007) telah melakukan  penelitian  tentang  pengembangan teknologi  Rapid  Prototyping  untuk  pembuatan produk-produk
multi
material, hasil penelitiannya menyatakan bahwa dengan menggunakan  mekanisme hopper  work  nozzle sebagai  perangkat  pendeposisi  serbuk  produk dan slot  feeder  counter  rolling  cylinder untuk supporting powder berbagai karakteristik produk  multi  material  dapat  dibuat  (Widyanto, 2007).
Perkembangan  dalam  teknologi  rapid prototyping  telah  banyak  membantuk  dalam beberapa  bidang  keilmuan,  pada  bidang medical,  penggunaan  rapid  prototyping  sangat membantu untuk membentuk organ-organ yang rusak.
Dari  penelitian  yang  dilakukan  (Amin, 2007)  diketahui  secara  keseluruhan  dapat terlihat  bahwa  teknologi  rapid  prototyping  telah memberikan  pengaruh  yang  sangat  berarti  di bidang medis, dan dengan riset dan pengembangan  lebih  lanjut  teknologi  ini  akan terus  berkontribusi  pada  pengembangan  yang cepat,  tidak  mahal  dan  efektif.  Hingga  kini kajian  tentang  penggunaan  rapid  prototyping masih  terus  dilakukan  untuk  menghasilkan produk  dengan  kwalitas  yang  baik,  dan  bentuk sesuai  dengan  dimensi  aslinya  (Bijarimi  et  al., 2012) .

## METODE PENELITIAN Bahan dan Peralatan yang Digunakan
Untuk melakukan
penelitian ini diperlukan  bahan  sebagai  berikut Filament cartridges material PLA dan Filament cartridges material ABS.
Gambar 3. Filament cartridge

## Peralatan
Peralatan  printer  3D  yang  digunakan ditunjukkan pada Gambar 4.
(a)
(b)
Gambar 4. (a) Mesin 3D printer UP+2 dan (b) Mesin 3D printer UPBOX
Pengujian  kekuatan  tarik  spesimen  dilakukan menggunakan  alat  ujitarik Shimadzu seperti yang ditujukan pada Gambar 5.
Gambar 5. Alat Uji Tarik Shimadzu

## Prosedur Eksperimen
Prosedur eksperimen dalam penelitian ini ada  beberapa  langkah.  Langkah  pertama adalah melakukan proses 3D modeling dengan bentuk  standar  uji  kekuatan  tarik.(ASTM  D 638).
Kemudian, melakukan proses 3D printing dengan  dasar  model  standar  uji  tarik  dan melakukan  proses printing dengan  3  tingkat ketebalan layer pada 3D  print  y aitu  sebesar 0,10 mm, 0,20 mm, dan 0,40 mm dan juga  dua orientasi  posisi  objek  yaitu  horizontal  dan vertical.  Dimensi  ketebalan  diperlihatkan  pada Gambar  6.  Sementara  proses  diperlihatkan pada Gambar 7.
.
(a)
(b) Gambar 6. Desain Spesimen Uji Tarik
Gambar 7. Proses 3D Printing
(a)
(b)
Gambar 8. Spesimen Polymer Hasil 3D Printing (a) Spesimen ABS.dan (b) Spesimen PLA
Langkah  berikutnya  adalah  melakukan pengukuran  dimensi  spesimen  bahan  polymer PLA dan ABS, seperti terlihat pada Gambar 8. Setelah  itu  adalah  melakukan  uji  tarik terhadap masing- masing sample
menggunakan  standar  ASTM  D  638  dan diambil  nilai  rata-rata  hasil  dari  pengujian tarik.Hasil uji tarik ditampilkan pada Gambar 9.
(a)
(b)
Gambar 9. Spesimen setelah uji Tarik (a) Spesimen ABS.(b) Spesimen PLA
Proses  eksperimen  secara  keseluruhan ditampilkan dalam bentuk diagram alir, sebagaiman terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram Alir Proses Eksperimen
Spesimen yang dihasilkan dari proses 3D printing kemudian dilakukan pengukuran dimensinya  dengan  menggunakan  alat  ukur jangka sorong. Pengukuran dilakukan terhadap dimensi  dari  panjang,  lebar  luar,  lebar  dalam, dan  tebal  dari  spesimen.  Hasil  pengukuran tersebut  dibandingkan  terhadap  ukuran  dari data  ASTM  dimana  untuk  masing-masing dimensi  yaitu  panjang  keseluruhan  (Lo)  165 mm, lebar luar (Wo) 19 mm, lebar dalam (W) 13 mm, dan tebal (t) 7 mm. Nilai kesalahan akurasi material PLA dan ABS pada Proses 3D Printing ditampilkan pada Gambar 11.
Analisis Data Penelitian Ketelitian Dimensi kualitas dan Efisiensi Produk.
Secara  keseluruhan,  material  PLA  dan ABS  memiliki  efisiensi  yang  hampir  sama dalam  hal  waktu printing .  Proses printing dengan  orientasi  vertikal  membutuhkan  waktu lebih  lama  dibandingkan  dengan  orientasi horizontal.  Material  ABS  merupakan  material dengan  efsiensi  waktu printing yang  lebih  baik dibandingkan  dengan  PLA.  Hal  ini  ditunjukan pada  proses printing dengan  besar  layer  0.1 mm.  dari  Gambar  11  dapat  diketahui  bahwa material  ABS  memiliki  jumlah  kesalahan akurasi  dimensi  yang  cenderung  bergerak  naik berbanding lurus dengan besar layer.
Sedangkan material PLA memiliki
kecendrungan  penurunan  kesalahan  akurasi ketika  tebal  layer  0.4  mm.  Pada  posisi  objek orientasi  horizontal  dikatahui  bahwa  nilai kesalahan  akurasi  material  ABS  lebih  kecil dibanding  material  PLA.  Pada  posisi  orientasi vertical,  nilai  kesalahan  akurasi  material  ABS lebih  kecil  disbanding  PLA.  Peningkatan  tebal layer menunjukkan peningkatan nilai kesalahan pada  kedua  jenis  material  tersebut.  Posisi orientasi  objek  horizontal  untuk  material  ABS menghasilkan nilai  kekasaran  permukaan  yang terkecil  dibanding  dengan  jenis  material  lain dan posisi yang berbeda.
Gambar 11. Nilai Kesalahan Akurasi Material PLA dan ABS pada Proses 3D Printing

## Analisis Data Penelitian Kekuatan Tarik
Berdasarkan  data  pada  Gambar  12  dan Gambar 13, dapat dilihat menghasilkan kekuatan  tegangan  tarik  yang  berbeda.  Bahwa semakin  tinggi  layer  yang  digunakan,  maka kekuatan  tegangan  tarik PLA dan ABS juga akan  semakin  kuat.  Dari  ketiga  jenis layer dan orientasi  yang  digunakan  menunjukkan  tren positif  setiap  kenaikan  pada layer yang digunakan  kecuali  pada  saat PLA yang memakai layer 0,20 mm  mengalami penurunan kekuatan tegangan tarik.
Sedangkan  pada  Gambar  13  dan Gambar14, dapat dilihat bahwa untuk perbandingan kekuatan tegangan tarik,
pembuatan spesimen dengan orientasi horizontal  lebih  kuat  dari  pada  dengan menggunakan orientasi vertical, dan pembuatan dengan menggunakan material PLA menghasilkan  kekuatan  tegangan  tarik  yang lebih  baik  dari  pada  menggunakan  material ABS .
Perubahan  fasa  yang  terjadi  ketika proses  printing  tersebut  membentuk  ikatan polimer  yang  berbeda  untuk  masing-masing posisi  dan  tebal  layer.  Pelapisan  polymer dengan ketebalan yang lebih besar membentuk ikatan polymer yang lebih kuat sehingga bahan polymer memiliki ketahanan terhadap tegangan tarik yang lebih tinggi.
Gambar 13. Grafik Kekuatan Tegangan Material ABS
Gambar 14. Grafik Orientasi Horizontal PLA dan ABS .

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dan  pembahasan yang  dilakukan  maka  dapat  dibuat  beberapa kesimpulan. Pertama posisi orientasi objek dan tebal  layer  pada  proses printing menentukan kualitas permukaan, efisiensi waktu proses dan kekuatan  dari  produk  yang  dihasilkan.  Nilai kesalahan  akurasi  dimensi  spesimen  produk printing berbanding  lurus  terhadap  besar  layer
yang  digunakan.  Kemudian,  nilai  kesalahan akurasi  dimensi  terkecil  dengan  nilai  0.42  mm terjadi pada orientasi objek horizontal dan tebal layer  0.1  mm  pada  printing  material  ABS. Sedangkan  jumlah  kesalahan  akurasi  terbesar dengan  nilai  1.3  mm  terjadi  posisi  orientasi objek  vertikal  dan  tebal  layer  sebesar  0.4  mm pada printing material ABS.
Produk  material  PLA  dengan  orientasi posisi objek horizontal memiliki kualitas dimensi yang  paling  baik.  Jumlah  kesalahan  akurasi material  ini  tidak  melebihi  1  mm  pada  setiap layer.  Selain  itu,  material  ABS  dengan  posisi orientasi objek  vertikal dan tebal layer sebesar 0,10  mm  menghasilkan  kekuatan  tegangan tarik  yang  terkecil  sebesar  8,62  MPa  dan material  PLA  dengan  orientasi  posisi  objek horizontal dengan dan tebal layer sebesar 0,40 mm  menghasilkan  kekuatan  tegangan  tarik terbesar 35,57 MPa.

## REFERENSI
Widyanto,  Susilo  Adi,  Pengembangan  Produk Rapid Prototyping Untuk Pembuatan Produk Multi Material. Jurnal Teknik Mesin ROTASI .
2007;  9(4): 10-14.
Chua,  C.K,  Leong.  K.F,  Lim,  C,S, Rapid Prototyping  Principles  and  Applications (2 nd
Edition), World  Scientific Published Co. Pte. Ltd. Singapore, 2003.
Amin,  Zulkifli,  Rapid    Prototyping  Technology:
Aplikasi Pada Bidang Medis, Jurnal TeknikA , 2007; 3(27): 78-83.
Rafiq,  Noorani. Rapid  Prototyping  Principles and  Applications ,  Jhon  Milley&sous.Ine, 2006.
Bijarimi,  M,  S  Ahmad,  R  Rasid.  Mechanical,
Thermal  and  Morphological  Properties  of PLA/PP Melt Blends, International
Conference  on  Agriculture,  Chemical  and Environmental Sciencesi. 2012; 115-117.