EKSPLORASI KEMAMPUAN DAN KAPASITAS MESIN 3D …

Prosedur Penelitian – LPPM UNPAR

1

Perjanjian No: __________________

EKSPLORASI KEMAMPUAN DAN KAPASITAS MESIN 3D

PRINTING DALAM PENGEMBANGAN MODUL RAKITAN DAN

KOMPONEN UJI

Disusun Oleh:

Dr. Bagus Arthaya, Ir., M.Eng

Hanky Fransiscus, ST., MT.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

(2015)


2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ..................................................................... 2

ABSTRAK ..................................................................... 3

BAB I. PENDAHULUAN

.....................................................................

4

1.1 Latar Belakang Permasalahan

1.2 Tujuan Penelitian

1.3 Urgensi Penelitian

1.4 Inovasi dan Target yang

Diharapkan

.....................................................................

.....................................................................

.....................................................................

.....................................................................

4

6

7

7

BAB II. STUDI PUSTAKA ..................................................................... 9

2.1 Reverse Engineering

2.2 Perkembangan Teknologi

Additive Manufacturing Saat ini

2.3 Methodologi untuk

Mengevaluasi Performansi dari

Sistem RP

2.4 Teknologi Fused Deposition

Modeling (FDM)

.....................................................................

.....................................................................

.....................................................................

9

12

14

BAB III. METODE PENELITIAN ..................................................................... 19

BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN ..................................................................... 21

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

2.1 Teknik Perakitan Antara Dua

Bidang Sejajar

2.2 Teknik Perakitan Antara Dua

Bidang Tegak Lurus

2.3 Teknik Perakitan Antara Tiga

Bidang Tegak Lurus

2.4 Pengujian Kekuatan Tarik

Struktur Honey-Comb

2.5 Pengujian Kekuatan Tarik

Struktur Honey-Comb

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

.....................................................................

..................................................................... .....................................................................

..................................................................... .....................................................................

..................................................................... .....................................................................

.....................................................................

22

22

24

26

28

30

34

35


3

ABSTRAK

Eksplorasi unjuk kerja/kemampuan dan kapasitas mesin 3D Printing Da Vinci merupakan penelitian monodisiplin yang dilakukan di Laboratorium Otomasi Sistem Produksi Jurusan TI Unpar. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji unjuk kerja mesin tersebut dan mengetahui kapasitas/volume kerja mesin mesin tersebut terkait dengan peran mesin 3D printing untuk membuat produk yang melebihi kapasitas mesn, tingkat kerapatan printing dan bentuk struktur isian benda serta kekuatan mekanik produk printing yang dapat dihasilkan oleh mesin tersebut. Ketersediaan informasi ini akan sangat membantu penelitian lainnya pada tahapan penggunaan mesin Printing 3-D untuk membuat produk khusus yang memerlukan spesifikasi teknis tertentu. Target khusus yang diharapkan dari penelitian ini adalah kemampuan mesin untuk membuat fitur-fitur khusus bagi teknk perakitan pada saat konsep pembuatan produk secara modular harus dilakukan, pengetahuan tentang kekuatan mekanis produk hasil printing serta adanya suatu kelengkapan data teknis yang dapat digunakan sebagai rujukan pada saat melakukan pembuatan produk menggunakan mesin tersebut (ataupun mesin sejenis). Kepastian tentang kapasitas dan ketelitian mesin ini sangat dibutuhkan pada saat seseorang akan membuat produk dengan kriteria yang relatif kompleks. Penelitian ini dilakukan dengan mempelajari dengan seksama kemampuan dasar yang dimiliki oleh mesin, terkait dengan pembuatan dinding produk, kerapatan benda, ketebalan printing, bentuk struktur dalam sebagai pengisi benda dan lain-lain. Disamping itu, diuji pula batasan-batasan yang dimiliki mesin terkait dengan ketebalan minimum yang boleh dipilih untuk suatu luas penampang benda. Selanjutnya pola-pola sambungan untuk 2 benda rakitan ditelaah dan dilakukan proses pembuatannya. Sebagai kompenen uji tunggal, benda hasil printing juga diuji kekuatan mekanisnya, atara lain kekuatan tarik dan kekuatan tekan untuk bentuk strukur dalam berupa honey-comb. Variasi yang dilakukan adalah dengan mengubah nilai densitas struktur dalam suatu penampang tertentu serta perubahan bentuk struktur berubah heirarchical.


4

BAB I. PENDAHULUAN

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 secara cepat ini sering disebut dengan istilah “Rapid Prototyping”

(RP) dimana suatu representasi produk atau sistem dapat dibuat dengan cepat dari suatu model CAD

yang ada sebelum produk atau sistem tersebut dilepas ke pasar atau dikomersialisasikan.

Pembuatan produk dengan cara ini tidak memerlukan perencanaan proses seperti pada umumnya

proses pembuatan produk, tetapi hanya berdasarkan informasi model 3D dari suatu produk saja.

Seperti dijelaskan sebelumnya, model RP utamanya digunakan sebagai alat visualisasi (untuk tujuan

pembuatan perkakas, rekayasa model, dan pendukung proposal proyek). Dengan adanya material

yang bersifat tahan lama dan mudah dimanufaktur secara cepat, maka area penggunaan teknik ini

semakin meluas secara signifikan. Banyak perusahaan yang mulai memanfaatkan teknik ini untuk

membuat perkakas secara cepat. Kualitas model RP (dari segi ketahanan, akurasi, kemampuan

dibuat ulang) yang ada akhir-akhir ini menyebabkan hal ini sangat disukai oleh pengguna. Gambar 1

menunjukkan bidang (area) penerapan RP yang sangat luas, dimana sebanyak 33,9% digunakan

untuk urusan penerapan suaian dan penerapan fungsional produk. Lebih dari 25% digunakan untuk

sebagai pola untuk perkakas prototipe dan pengecoran logam. Sekitar 6,6% digunakan untuk tujuan

pembuatan produk secara langsung [Raja, 2005].

Gambar 1. Penerapan Model RP di Berbagai Area Aplikasi

Dalam aplikasi tertentu, sangat diperlukan adanya visualisasi dari pada produk model 3D yang masih

berupa data digital dalam bentuk nyata 3 dimensi. Untuk membuat produk nyata dengan cara

konvensional aka membutuhkan persiapan yang tidak mudah, waktu yang lama serta biaya yang

besar terutama bila ingin membuat hanya sejumlah kecil produk. Gambar 2 menyajikan hubungan

antara biaya pembuatan produk per part dari 4 teknik pembuatan produk yang berbeda terhadap


5

volume produksi yang diinginkan.

Gambar 2. Biaya Pembuatan Produk per Part Terhadap Jumlah Produksi

Gambar ini menujukkan bagaimana kestabilan biaya pembuatan produk dengan RP dibandingkan


6

dengan injection moulding, dimana biaya rendah atau mendekati teknik RP hanya didapat pada

volume produksi yang sangat tinggi [Raja, 2005].

Fenomena inilah membuat mengapa teknologi RP semakin digunakan secara luas oleh industri

rekayasa atau jasa untuk membantu kelancaran usahanya dalam presentasi produk sebelum produk

ini di lempar ke pasar atau dikomersialisasikan. Suatu organisasi/perusahaan perlu memiliki

pengetahuan yang baik bila ingin ikut memanfaatkan keunggulan yang dimiliki oleh teknik RP dalam

rangka meningkatkan daya saing organisasi/perusahaan ataupun dalam rangka meningkatkan

keuntungan usahanya.

Saat ini belum banyak perusahaan/industri yang dengan fasih memanfaatkan keunggulan teknik RP

ini untuk menjawab permasalahan yang dimiliki khususnya terkait dengan visialisasi produk pada

tahap perancangan. Model konsep untuk mengevaluasi bentuk atau ukuran benda ataupun model

fungsional untuk mengevaluasi prilaku mekanikal produk merupakan keunggulan lain yang juga

masih jauh dari pemafaatan langsung.

Salah satu teknik yang banyak digunakan untuk menerapkan RP adalah 3D printing mengunakan

metoda FDM (Fused Deposition Modeling). Saat ini laboratorium Otomasi di Jurusan TI Unpar telah

memiliki 2 unit mesin 3D printing yang dapat bekerja menggunakan material ABS ataupun PLA.

Penguasaan teknologi 3D printing untuk mendukung proses perancangan produk merupakan suatu

tantangan yang harus dihadapi oleh peniliti di laboratorium ini.

Mesin 3D Printing berasis DFM ini mampu membuat produk dengan ketelitian minimum 0,2mm

sehingga dalam pembuatan model produk berupa prototipe sudah cukup memadai. Dalam kasus

tertentu prototipe yang harus dibuat ternyata melebihi ukuran kapasitas maksimum yang mampu

dihasilkan oleh mesin printing. Untuk tujuan itu, maka inovasi diperlukan untuk memberikan solusi

bagi permasalahan di atas. Salah satu solusi yang logis adalah membagi produk prototipe menjadi

komponen-komponen yang bersifat modular, dan pada akhirnya nanti dapat dirakit menjadi satu

benda utuh denga ukuran yang melebihi kapasitas printing mesin.

Hal lain yang menjadi latar belakang penelitian ini adalah perlunya diketahui kekuatan produk hasil

printing dengan mesin 3D Printing Da Vinci ini. Uji mekanik merupakan jenis pengujian yang umum

dilakukan untuk mendapatkan kekuatan suatu produk. Uji mekanik yang dilakukan adalah uji tarik

dan uji tekan. Pengujian ini dilakukan untuk berbagai bentuk struktur dalam dari suatu benda hasil

proses printing.

TUJUAN PENELITIAN

Tujuan umum dari penelitian ini adalah mengakomodasi proses pembuatan produk prototipe hasil

printing mesin 3D Printing dengan ukuran yang melebihi kemampuan mesin dan perilaku mekanis

dari produk-produk 3D printing yang berstruktur kuat dan ringan.

Sedangkan tujuan khusus yang ingin dicapai dalam penelitian ini meliputi:


7

1. menguji kemampua printing mesin 3D Printing Da Vinci

2. menguji kualitas ketebalan minimum, porositas tertinggi yang dihasilkan

3. menguji kekuatan tarik/tekan benda hasil printing

4. menguji pengaruh material terhadap kekuatan benda hasil printing.

URGENSI PENELITIAN

Kegiatan industri kreatif baik yang terkait seni atapun aplikasi teknologi secara langsung menjadi

salah satu sumber kekuatan ekonomi masyarakat Indonesia. Industri ini telah memanfaatkan

teknologi digital antara lain CAD untuk merancang produk-produk yang disukai oleh pasar. Dalam

rangka menjamin keberhasilan pembuatan suatu produk, pembuatan prototipe merupakan salah

satu langkah yang sangat penting. Teknologi RP ini menjadi perangkat yang sangat tepat serta telah

tersedia banyak di pasar untuk merealisasi tujuan tersebut.

Saat ini mesin 3D printing telah mulai menjamur dilingkungan masyarakat pelaku industri kreatif

untuk berbagai tujuan komersial. Pengetahuan teknis yang benar tentang bagaimana prosedur dasar

untuk mendapatkan kualitas yang baik pada produk printing masih dilakukan secara sporadis dan

dengan cara coba-coba. Merupakan hal yang penting bagi institusi pendidikan untuk menghasilkan

suatu prosedur baku yang bisa dijadikan rujukan dasar bagi pihak-pihak yang baru memulai

memanfaatkan teknologi ini untuk tujuan komersialnya.

Industri kecil menengah sering menemui kesusahan untuk dapat secara cepat menguji atau menilai

hasil rancangannya bila tidak memiliki peralatan yang dapat membuat model/protipe benda yang

sedang dirancang. Biaya yang cukup besar diperlukan apabila merekan harus bekerja sama dengan

perusahaan besar untuk membuat prototipe tersebut. Dengan tersedianya mesin 3D printing yang

relatif murah saat ini, dalam memperlancar kegiatan produksinya.

INOVASI DAN TARGET YANG DIHARAPKAN

Penelitian ini akan sangat bermanfaat bagi institusi pendidika dalam bentuk pengembangan ilmu

terutama untuk memperkaya materi perkuliahan yang tidak bisa dipisahkan dari fenomena

penerapan teknologi 3D printing yang semakin banyak ditemui di masyarakat. Mesin 3D printing ini

akan sangat membantu memperkaya perkuliahan di bidang otomasi, peracangan produk,

mekatronika dan lain-lain. Sementara dalam kegiatan praktikum, media ini akan sangat membantu

mahasiswa memahami bagaimana cara kerja mesin 3D printing dengan memanfaatkan software

CAD, perangkat sensor dan aktuator untuk melakukan suatu kegiatan operasi. Disamping itu

penelitian ini dapat digunakan sebagai media untuk menyebarkan pengetahuan dalam bentuk jurnal

ilmia pada lingkup nasional ataupun internasional.

Penelitian ini melibatkan sejumlah mahasiswa Teknik Industri dimana mereka dapat mempelajari

secara lebih mendetail bagaimana proses pembuatan prototipe yang sebenarnya. Pengetahuan yang

didapat dapat digunakan untuk menumbuhkan kesadaran mahasiswa betapa pentingnya teknologi

ini dalam membantu industri kecil menengah yang jauh dari kemampuan teknologi dan modal kerja.


8

Wawasan tentang pentingnya kemampuan membuat produk secara cepat dapat menjadi inspirasi

bagi mahasiswa untuk membuka usaha mandiri suatu saat setelah mereka menyelesakan

pendidikannya nanti.

Masyarakat ekonomi akan dapat turut menikmati menfaat dari teknologi RP dan 3D printing ini

secara lebih luas. Keperluan mereka untuk membuat produk rumit khususnya dalam industri kreatif

akan mudah dilaksanakan dan tidak memerlukan biaya yang terlalu mahal lagi. Industri manufaktur

skala kecil menengah sering memerlukan media untuk menguji hasil rancangannya baik secara

bentuk maupun fungsional. Tersedianya teknologi 3D printing secara komersial akan dapat

membantu proses perancangan dan mempermudah pengujian rancangan secara lebih nyata.

Selain pelaku industri kreatif, para arsitek, arkeolog and para tenaga medis dapat memanfaatkan

teknologi ini untuk merepresentasikan rancangan atau model benda digital yang dimiliki maupun

objek yang akan diproses sehingga didapat pemahaman lebih baik tentang produk yang akan

dikerjakan. Presentasi nyata dalam ruang 3D akan sangat membantu para pihak untuk memahami

dimensi, fungsi dan segala kerumitan yang tidak dapat digambarkan secara digital/konsep.

Target lain yang diharapkan adalah terlaksananya penelitian (skripsi) mahasiswa yang mengkaji

unjuk kerja mesin 3D printing Da Vinci ini terkait dengan proses pembuatan struktur ringan tetapi

kuat. Disamping itu terdapat juga kajian untuk meninjau proses modularisasi terhadap suatu

rancangan yang secara dimensi sangat melebihi ukuran ruang kerja mesin. Secara garis besar ada

dua (2) topik srikpsi yang dilaksanakan sejalan dengan penelitian ini.


9

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini akan disajikan tinjauan literatur mengenai teknologi reverse engineering dan rapid

protptyping dalam kaitan proses perancangan dan pembuatan produk yang memanfaatkan teknologi

3D Printing. Secara umum, evaluasi atas pengumpulan data digital produk sekaligus proses

pembuatan cetakan menggunakan proses pemesinan yang meliputi strategi pemesinan yang paling

ideal untuk membuat cetakan juga ditelaah secara singkat.

REVERSE ENGINEERING

Secara umum, seseorang merancang produk dimulai dengan konsep dasar yang menjelaskan

abstraksi produk secara global dan berlanjut hingga produk tersebut dapat dimanufaktur dengan

bantuan berbagai fasilitas produksi yang dibutuhkan. Proses pembuatan produk dengan cara seperti

ini dikenal dengan nama forward engineering dan proses ini membutuhkan waktu yang lama hingga

diperoleh produk jadi. Dengan diperkenalkannya teknologi reverse engineering sebagai kebalikan

dari forward engineering, maka waktu yang diperlukan untuk pengembangan produk menjadi

semakin singkat, sekaligus dapat mengurangi biaya pengembangan produk dan mengantisipasi

kegagalan produk yang sedang dikembangkan (Raja and Fernandes 2008).

Teknologi forward engineering menekankan pada pemunculan konsep awal dalam rangka

penemuan produk baru dan aktifitas baru secara intensif, sementara teknologi reverse engineering

menekankan pada perbaikan fungsi dan analisis geometri maupun analisis material terhadap produk

yang telah ada. Proses reverse engineering kali ini dilakukan untuk proses pemodelan produk secara

digital dengan memastikan kecepatan proses yang efisien dan proses manufaktur yang tepat agar

produk yang dibuat dapat memenuhi keseluruhan fungsi dan performansi yang dibutuhkan dari

produk tersebut. Dari proses Reverse Engineering, maka produk dapat dibuat dengan cepat menjadi

bentuk nyata dengan teknik Rapid Prototyping.

Pembuatan produk dengan cara cepat (rapid prototyping) sering diklasifikasikan ke dalam konsep

Additive Manufacturing (AM) atau Layered Manufacturing (LM). Dalam teknik ini suatu produk

dibuat secara bertahap dan berlapis-lapis dari bagian dasar hingga ketinggian maksimum yang

dimiliki. Lapisan-lapisan tersebut merupakan potongan melintang dari model produk yang dihasilkan

dari data 3D CAD yang asli. Proses ini dapat dilakukan dengan berbagai teknik, satu diantaranya

adalah teknik FDM (Fused Deposition Modeling). Teknik ini memanfaatkan pelelehan material

benang ABS dan lelehan tersebut diproyeksikan pada meja kerja mesin dan diprint untuk setiap

lapisan penampang yang ditumpukkan secara bertahap hingga bentuk benda kerja berhasil

dibangun.

Teknik RP (Rapid Prototyping) diperlukan pada keadaan dimana teknologi manufaktur konvensional

tidak dapat lagi digunakan secara eketif. Suatu benda seperti pada Gambar 3 akan sangat sulit dibuat

dengan proses konvensional, dikarenakan oleh adanya fitur-fitur rumit dimana [IanGibson, 2010]:

1. Adanya cavity (celah) yang terlalu dalam untuk dikerjakan dengan proses pemesinan,

2. Adanya undercut yang tidak dapat dikerjakan kecuali dengan mesin 4 atau 5 axis,

3. Fitur internal tajam yang tidak dapat dipotong perkakas potong beradius,


10

4. Bagian dasar tidak bisa dimesin kecuali dengan fixture.

Kerumitan-kerumitan semacam ini tidak akan dijumpai pada teknik pembuatan produk dengan cara

RP. Oleh karenanya banyak pihak yang secara aktif memanfaatkan keunggulan yang ditawarkan ini

dengan lebih efektif dan efisien.

Gambar 3. Fitur-fitur Produk yang Sulit Dikerjakan dengan Pemesinan [Gibson, 2010]

Pembuatan produk semacam ini dapat dilakukan dengan lebih mudah dengan menggunakan teknik

3D printing, dimana hampir seluruh kendala yang disebutkan di atas tidak akan menghambat lagi.

Seperti yang disajikan pada Gambar 4, pembuatan produk (prototipe) dimulai dengan pemodelan

dalam CAD sistem. Selanjutnya model CAD ini dikonversi menjadi file STL (stereolitografi) dan

dilakukan operasi slicing atau pengirisan. Setelah itu model STL dikirim ke pengendali mesin dan

dilakukan setting yang tepat pada area kerja printing. Selanjutnya dilakukan proses pembuatan

produk secara berlapis, dan setelah selesai produk diangkat dari meja kerja. Pada tahap akhir

dilakukan post processing dan akhirnya produk dapat digunakan sesuai dengan tujuan awalnya.

Bentuk nyata ini akan sangat membantu para pengguna/perancang untuk mengevaluasi secara dini

apakah rancangan sudah baik atau belum.


11

Gambar 4. Delapan Langkah untuk Merealisasi Produk 3D Printing [Gibson, 2010]

Proses printing pada meja mesin akan berlangsung secara bertahap dari lapis paling rendah menuju

lapisan teratas. Tebal lapisan ini akan menjadi faktor yang sangat menentukan terhadap kualitas

benda kerja yang dihasilkan dan juga lamanya proses berlangsung. Dua variable ini akan saling

bertolak belalakang dimana kualitas produk yang tinggi (dihasilkan dari ukuran lapisan yang sangat

tipis) akan memerlukan waktu printing yang sangat lama. Gambar 5 menunjukkan bagaimana suatu

benda (cangkir) akan memiliki dua macam tampilan permukaan bila dikerjakan dengan dua ukuran

tebal lapisan yang berbeda.

Gambar 5. Pengaruh Ukuran Tebal Lapisan pada Kehalusan Permukaan Benda [Gibson, 2010]

Ukuran ketebalan merupakan faktor bawaan pada teknologi 3D printing ini karena proses

pembuatan produk tersebut memang didasarkan pada pembuatan lapisan-lapisan material. Proses

pembuatan lapisan ini dapat dijelaskan dengan gambaran bahwa benda diiris-iris secara mendatar

sepanjang sumbu vertikalnya. Ketebalan irisan tidak dapat dibuat nol, sehingga pasti terdapat nilai

ketebalan minimum yang masih bisa didapat. Gambar 6 menunjukkan bahwa secara bertahap benda

kompleks seperti buah aple dapat diiris secara horizontal dan setiap bagian irisannya akan

direalisasikan dengan cara mem-print (mencetak) material benang ABS yang dilelehkan pada irisan

sebelumnya yang telah diprint sejak posisi dasar. Ukuran ketebalan dinding (bila material diprint ke


12

arah vertikal) yang dihasilkan akan menentukan kekuatan struktur benda yang akan terbentuk bila

mendapat tekanan. Ukuran ini akan menjadi pokok tinjauan dalam penelitian ini terutama pada saat

seseorang akan membuat produk yang ringan tetapi kuat. Kekuatan benda kerja akan ditentukan

oleh seberapa banyak isi material pada bagian “interior” (terkait deposition strategy). Sementara

pada pembuatan struktur honey-comb yang cenderung kosong, ketebalan dari dinding-dinding

vertikal honey-comb akan menentukan kekuatan dan ukuran berat benda secara keseluruhan.

Gambar 6. Proses Slicing yang Mempengaruhi Ketebalan Irisan [Kulkarni, 2000]

PERKEMBANGAN TEKNOLOGI ADDITIVE MANUFACTURING SAAT INI

Secara umum teknologi AM atau LM ini dapat direalisasi dengan teknologi bonding (penggabungan)

yang disajikan pada Gambar 7 [Kulkarni, 2000]. Model klasifikasi ini didasarkan pada proses fisik

untuk operasi penggabungan adesif, dimana tuntutan utama pada manufaktur suatu part secara

berlapis yang dilakukan dengan menyambung lapisan material secara berkelanjutan satu di atas yang

lain. Jelas terlihat bahwa konsep DFM adalah bagian dari teknologi bonding, berbasis kimiawi dan

pembentukan produk dilakukan secara deposisi (penumpukan) lelehan material secara berlapis.

Proses penggabungan dapat dicapai dengan cara penggabungan secara kimiawi (misalnya proses

solidifikasi antar lapisan), atau dengan cara menerapkan proses sintering pada bubuk untuk

membuat lapisan sekaligus ikatan antar lapisan maupun dengan menerapkan material lem dantara

dua lapisan yang bertumpukan. Masing-masing dari metoda ini banyak dikembangkan dengan segala

kelebihan dan kekurangannya.

Teknik pembuatan produk yang sangat populer dilakukan saat ini adalah FDM (Fused Deposition

Modelling), SLA (Stereolythography), SLS (Selective Laser Sintering), LOM (Laminated Object

Manufacturing) dan FPM (Freeform Powder Molding). Karena teknologi pembuatan ini berkembang

secara hampir bersamaan, maka mereka memiliki faktor-fakot persamaan maupun perbedaan yang

pada akhirnya menjadikan ciri khas dari masing-masing teknik tersebut.


13

Gambar 7. Klasifkasi Proses LM Berdasarkan Metoda Penggabungannya [Kulkarni, 2000]

Secara garis besar terdapat 3 kelompok besar teknologi bonding yang dapat dilakukan, yakni:

1. Chemical Bonding (Deposition dan Photocuring); Metoda ini bekerja berdasarkan konsep

solidifikasi material yang tadinya leleh (disebut juga deposisi) ataupun proses photocuring

dimana material photopolymer digunakan sebagai meterial pembentuknya.

2. Sintering; Metoda ini memanfaatkan teknologi powder metallurgy dimana suatu area

tertentu dari material bubuk logam dipanaskan dengan sinar laser hingga mencapai

temperatur rekistalisasinya dan bubuk-bubuk logam yang berdekatan dibiarkan menyatu

menjadi suatu benda yang solid.

3. Gluing; Metoda ini secara umum memanfaatkan teknik pengeleman antara lapisan material

awal dengan lapisan material selanjutnya dengan memanfaatkan material lem tertentu.

METHODOLOGI UNTUK MENGEVALUASI PERFORMANSI DARI SISTEM RP

Ukuran utama yang digunakan untuk mengevaluasi performa sistem RP adalah kecepatan, biaya,

dan akurasi dimensi. Pendekatan yang digunakan untuk menganalisis faktor-faktor tersebut adalah

dengan mendefinisikan dan membangun suatu benda (part) pembanding. Salah satu yang dapat

dijadikan benda (part) pembanding adalah benda 3D yang dibuat dengan proses pemesinan atau

part yang mudah dibuat dengan metoda casting (pencetakan). Benda-benda pembanding ini dapat

dianggap sebagai part nyata, akan tetapi terdapat juga beberapa organisasi pengguna yang telah

membangun berbagai part pembanding untuk mengevaluasi sistem RP tertentu atau aspek-aspek


14

tertentu dari suatu proses RP [Jurrens, 1999]. Beberapa prosedur analisis dapat digunakan untuk

berbagai macam fitur dari produk 3-D Printing dapat didefinisikan berupa:

a. Kedataran (flatness) dari permukaan printing,

b. Kebulatan (roundness) dari lubang dan silinder,

c. Ketebalan minimum suatu dinding dan celah (slot),

d. Kehalusan permukaan, dan

e. Berbagai aspek lain fitur yang dianggap penting.

Dalam pembuata produk menggunakan teknik 3-D Printing (sebagai istilah umum untuk FDM) maka

terdapat dua faktor yang sangat penting diperhatikan saat melakukan proses pembuatan produk.

Kedua faktor tersebut adalah masalah orientasi produk saat akan dibuat (di-print) dan

pemilihan/peniadaan support bagi bagian yang mengambang. Kulkarni (2000) menunjukkan bahwa

perbedaan arah orientasi proses printing akan berpengaruh pada luas area dasar printing, luas area

yang kontak dengan bagian support, tinggi produk maksimum, kekasaran mininum pojokan dan

jumlah minimum material support, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Pengaruh Arah Orientasi Terhadap Berbagai Faktor Printing

TEKNOLOGI FUSED DEPOSITION MODELING (FDM)

Teknik FDM berkerja dengan menggunakan filamen/benang plastis (biasanya ABS atau PLA) yang

diulur dari gulungannya dan disalurkan ke suatu nozzle penekan dan terekstrusi berupa lelehan

plastik panas. Nozzle ini dipanaskan hingga mencapai temperatur tertentu sehingga filamen plastik

yang lewat akan meleleh dan selanjutnya ditumpukkan dengan materail lain yang telah dilelehkan

sebelumnya. Keluar-masuknya filamen kedalam atau keluar dari nozzle dapat diatur kapan waktunya

sehingga dimana lelehan akan ditempelkan dengan yang lainnya dapat dikendalikan. Suatu produk

dihasilkan dengan cara menumpukkan lelehan material tadi secara berlapis dimana setiap lelehan

kemudian akan segera mengeras. Kepala nozzle ini dapat digerakkan secara horizontal maupun

vertikal dan diatur dengan kendali NC (numerical control) dari suatu Computer-Aided Manufacturing

(CAM) software sehingga saat lelehan ditempelkan, maka betuk tumpukan meterial dapat berupa


15

segala bentuk benda 3-dimensi.

Perusahaan Stratasys didirikan tahun 1988 oleh Mr. Scott Crump yang menemukan teknologi FDM di

akhir tahun 80-an dan hingga saat ini Stratasys terus bekrja dan telah menjadi pemimpin dalam

revolusi 3D printing, membangun berbagai macam sistem yang banyak diminati oleh perusahaan

manufaktr besar, para perancang, engineers, para pendidik dan banyak professional lainnya.

Terminologi fused deposition modeling dan singkatan FDM secara hukum adalah nama pasar

(trademark) yang dimiliki ole Stratasys Inc. Pada kesempatan lain orang memilih termin yang sangat

ekivalen yakni fused filament fabrication (FFF).

Secara umum cara kerja mesin 3-D Printing dengan teknologi FDM membuat benda kerja secara

bertahap dari lapisan bawah hingga lapisan tertinggi sesuai dengan ketinggian benda kerja. Lapisan

tersebut adalah hasil pemanasan filamen termoplastik dan diekstrusi dari nozzle pemanas yang ada.

Urutan pengerjaan lapisan-lapisan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pre-processing: software CAM yang ada akan melakukan pemotongan (slicing) terhadap file

3D CAD suatu produk dan menghitung lintasan dari nozzle untuk menentukan dimana

mengekstrusi material termoplastik dan menentukan bagian support bila diperlukan untuk

bagian-bagian yang mengambang.

2. Production: Mesin 3D printing kemudian memanaskan material termoplastik menjadi

material semi-liquid state dan menempelkannya sebagai benang halus sekali disepanjang

lintasan tadi (Gambar 9). Bila struktur support diperlukan, maka mesin printing akan

membuat tumpukan material penumpun yang muda dibersihkan.

Gambar 9. Proses Pelapisan Lelehan Material FDM di Atas Layer yang Telah Jadi

3. Post-processing: Pengguna kemudian menghancurkan dan menghilangkan bagian support

atau memasukkan kedalam larutan detergen dan water, sehingga produk siap digunakan.

Untuk merealisasi proses pembuatan lapisan-lapisan material yang membentuk benda kerja, dapat

dipilih salah satu dari beberapa metoda yang sudah dikenal luas saat ini (Gambar 10). Empat cara

yang lazim digunakan (walaupun masih ada cara yang lain) adalah:

1. Liquid polymer, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel, 2x1D channel,

arrays of 1D channel dan 2D channel

2. Discrete particle, dapat dilakukan dengan menggunakan semua teknik seperti pada liquid

polymer.

3. Molten material, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel dan arrays of 1D

channel.

4. Solid sheet, dapat dilakukan dengan menggunakan teknik 1D channel


16

Gambar 10. Posisi FDM dalam Proses Layered Manufacturing (LM) [Gibson, 2010]

Alasan mengapa banyak orang menggunkan teknologi DFM dalam membuat produk RP adalah

karena beberapa hal yang penting berikut ini:

1. Teknologi FDM ini bersifat bersih lingkungan, mudah digunakan dan sangat ramah bagi

longkungan kerja kantoran,

2. Material termoplastik yang saat ini dapat mendukung proses produksi bersifat stabil baik

secara mekanikal maupun terkait masalah lingkungan,

3. Geometri an celah-celah yang kompleks yang selama ini menjadi mesalah produksi tidak

menjadi kendala dalam teknologi FDM.

Hingga saat ini teknologi FDM dapat memanfaatkan semua jenis material termoplastik yang umum

digunakan pada proses manufaktur tradisional. Bila dibutuhkan kualitas tertentu terkait dengan

toleransi yang ketat, kestabilan tinggi, tingkat keramah-lingkungan yang tinggi, atau sifat-sifat khusus

terkait disipasi elektrostatik, translusens ataupun material yang lainnya, saat ini telah ditemukan

material termoplastik FDM yang cocok.

Pengujian sifat mekanik produk hasil 3D printing dilakukan dengan melihat pengaruh dari densitas

material pembentuk produk dan bentuk struktur didalam isian produk itu sendiri serta rasio inti

struktur pembantuknya. Densitas ini ditentukan berdasarkan besaran nilai yang dapat diberikan oleh

mesin printing yang ada, sementara bentuk struktur isian dapat ditentukan sesuai dengan

kebutuhan pengguna. Jenis pengujian yang dilakukan adalah Uji Tarik dan Uji Tekan terhadap

spesimen standar yang dibuat seragam selama proses pengujian dilakukan.


17

Gambar 11. Jenis Struktur Honeycomb Sederhana dan Berinti

Gambar 12. Contoh Honeycomb Sandwich Structure

Gambar 13. Spesimen Uji Tarik ASTM D638

Berdasarkan hasil tersebut, penelitian ini akan dikembangkan dan digunakan untuk mendukung

pengembangan produk di industri kecil. Sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai, tahap-tahap dari

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 14 di bawah. Pada gambar ini disajikan garis besar rencana

penelitian ini dalam rangka melakukan pengembangak teknik pernakitan bagi komponen- komponen

hasil proses 3d printing. Disamping itu, pengetahuan tentang kekuatan benda kerja juga akan diteliti

utamanya yang terkait dengan sifat mekanis bahan, yakni kekuatan tarik dan kekuatan tekan.

Penelitian ini merupakan elemen kecil dari jalur penelitian yang dikembangkan pada peta Panduan

KBI Sistem Manufaktur Jurusan Teknik Industri Unpar. Bagian yang diarsir merah merupakan area

kajian yang menaungi topik penelitian ini. Kajian untuk pembuatan produk rakitan dari produk 3D

printing layak dikaji pada area Pruduct, process & Fasility Design, ataupun pada area Manufacturing

Strategy dan lain-lain yang terkait, seperti disajikan pada Gambar 15.


18

Gambar 14. Metodologi Penelitian Multitahun

Keterangan: Kotak yang berwarna (shaded) merupakan area penelitian yang terkait dengan penelitian ini

Gambar 15: Peta Panduan KBI Sistem Manufaktur Jurusan Teknik Industri UNPAR


19

BAB III. METODE PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kekuatan benda dengan struktur honey comb dari

proses rapid prototyping dengan menggunakan mesin 3D Printer jenis Fused Deposition Modeling

(FDM). Disamping mengetahui rancangan struktur yang kuat, penelitian juga akan difokuskan kepada

teknik perakitan komponen-komponen yang dibuat dari proses 3D printing menjadi sebuah benda

rakitan. Objek penelitian adalah dapat berupa benda terkait dengan benda kerajinan seperti patung,

lemari, dan pajangan. Objek tersebut akan dijadikan model dengan 3D CAD (dengan perangkat lunak

SolidWorks) dan pembuatan purwarupa secara cepat dengan 3D printer berbasis FDM.

Pada tahun yang telah lalu, kajian terhadap proses printing 3D menggunakan teknik FDM telah

dilakukan di Lab. Otomasi Sistem Produksi [Sunardi, 2014]. Dari penelitian itu dapat dilihat bahwa

penentuan variable surface and angel pada software 3D printing Up! akan sangat menentukan

kualitas hasil printing. Bentuk-bentuk benda sederhan yang berbeda seperti balok, limas segitiga,

silinder ataupun bola akan mempengaruhi kualitas, kemudahan dan kecepatan proses printin yang

dilakukan. Saat ini penelitian awal sedang dilakukan untuk mengevaluasi kekuatan benda dengan

struktur honey comb dengan proses pembuatan purwarupa secara cepat dengan 3D printer berbasis

FDM. Penelitian terhadap 3D printer juga telah dilakukan untuk mengevaluasi ketebalan lapisan

(layer), jumlah layer yang membentuk kepadatan benda kerja, peletakan benda kerja pada meja

kerja 3D printer.

Pada penelitian ini akan dilakukan kajian lebih mendalam pada mesin 3D printing DaVinci AiO,

menyangkut hal-hal berikut ini:

1. ketelitian gerak pada bidang datar tempat dimana irisan benda kerja akan diprint; pada

pengujian ini akan diamati sejauh apa step gerak terkecil yang dihasilkan. Ukuran ini akan

menjadi pertimbangan tingkat kualitas kurva horizontal atau setara dengan kehalusan

permukaan benda bila diraba secara melingkar.

2. ukuran ketebalan minimum yang dapat dihasilkan oleh mesin yang langsung menentukan

ketebalan irisan yang akan dihasilkan; Gerak terkecil yang bisa dihasilkan akan menentukan

kehalusan permukaan benda bila diraba ke arah vertikal.

3. penentuan kapasitas maksimum yang bisa disediakan oleh mesin terkait; Kapasitas mesin ini

akan diperlukan sebagai rujukan pada saat perancang ingin membuat benda kerja yang

ukurannya lebih besar dari volume kerja yang tersedia pada mesin. Volume ini akan

menentukan sebarapa banyak modul produk yang harus dibuat dan kemudian bisa dirakit

secara bersama untuk mendapatkan benda kerja yang direncanakan.

4. penentuan ketebalan dinding vertical yang bias dihasilkan oleh mesin printing terkait dengan

pembuatan sturktur ringan tapi kuat seperti struktur honey-comb dan lain-lain; pada

tahapan ini ketebalan dinding minimal akan diteliti dimana diusahakan untuk dapat

menggunakan ketebalan minmum tetapi masih mampu menumpu sejumlah beban dari arah

vertical. Tebal dinding terlalu besar akan menyebabkan struktur menjadi semakin berat

walaupun secara positif juga menambah daya tumpu benda dari beban vertikal yang

diterapkan.


20

5. pengujian kekuatan tarik atapun kekuatan tekan terhadap berbagai macam model struktur

honey-comb; pada pengujian ini specimen uji tarik dan specimen uji tekan akan langsung

dihasilkan dari proses 3D printin ini. Kekuatan tarik dan kekuatan tekan ini akan secara

langsung dikorelaikan dengan variasi ketebalan dinding dan juga berbagai bentuk struktur

yang umum digunakan.

6. perancangan model-model fitur sambungan pada saat harus dibuat produk yang secara

dimensi jauh lebih besar dari pada ukuran kapasitas mesin; Pada tahap ini akan dilakukan

analisis terhadap berbagai pola rakitan yang mungkin dilakukan untuk mengassembly

beberapa benda modular yang dihasilkan dari proses 3D printing. Kemudahan perakitan

ditentukan oleh model pola rakitan yang dipilih dan sekaligus menentukan bagaimana

langkah proses pembuatan pola tersebut pada mesin printing.


21

BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Otomasi Sistem Produksi Jurusan Teknik Industri

Unpar, dari bulan Februari 2015 hingga bulan Oktober 215.

Kegiatan penelitian ini dilaksanakan dalam waktu satu tahun, dengan waktu pelaksanaan efektif satu

tahun adalah delapan bulan dari Februari 2015 hingga November 2015. Kegiatan tersebut meliputi:

1. Penelitian Literatur

2. Penentuan setting parameter pada 3D printer

3. Survey dan pengumpulan data objek

4. Identifikasi alternatif rancangan dan evaluasi konsep awal perakitan

5. Evaluasi konsep rancangan/kekuatan struktur model uji tekan/tarik

6. Pembuatan prototipe

7. Evaluasi prototipe

8. Penulisan artikel untuk jurnal internasional dan makalah seminar

9. Penulisan laporan penelitianPenulisan laporan penelitian

Kesembilan jadwal ini dapat dilihat pada Gambar 16 di halaman berikut ini.

Keterangan

Penelitian literatur

Perakitan 3D Printer dan penentuan

setting parameter pada 3D Printer

Survey dan pengumpulan data objek

Identifikasi alternatif rancangan

Pembuatan konsep awal rancangan

Evaluasi konsep awal rancangan

Pembuatan prototipe

Evaluasi prototipe

Penulisan laporan penelitian

SeptemberFebruari Maret April Mei Juni Juli Agustus

Gambar 16. Rencana Jadwal Kegiatan Penilitian


22

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

Kegiatan utama yang dilaksanakan pada penelitian ini adalah perancangan fitur-fitur perakitan

dalam rangka membangun produk prototipe yang berukuran lebih besar dari kapasitas printing

mesin 3D printing. Disamping itu, penelitian terkait kekuatan mekanis produk hasil printing juga

dilasanakan dengan mengamati pengaruh densitas printing serta berbagai pola dan orientasi

struktur pembentuk isian printing seperti bentuk struktur honey-comb.

Beberapa alternatif teknik perakitan yang diterapkan pada pembuatan prototipe suatu produk

berdimensi besar (melampaui kapasitas mesin 3D printer) dikaji dengan seksama. Alternatif-

alternatif teknik perakitan dirancang berdasarkan prinsip-prinsip perakitan secara umum. Dari

pembahasan yang dilakukan, didapat sejumlah klasifikasi teknik perakitan yang bertujuan untuk

memudahkan proses pemilihan teknik yang terbaik untuk diterapkan pada pembuatan prototipe

produk. Tiga macam klasifikasi yang mungkin dilakukan dalam rangka mengabungkan 2 bidang

datar/sejajar menjadi benda rakitan3D, yakni:

1. Teknik perakitan antara 2 bidang yang sejajar

2. Teknik perakitan antara 2 bidang yang saling tegak lurus

3. Teknik perakitan antara 3 bidang yang saling tegak lurus

TEKNIK PERAKITAN ANTARA DUA BIDANG SEJAJAR

Jenis klasifikasi yang pertama bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung modul-modul

dari produk prototipe yang akan dirakit secara sejajar. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 7

macam/jenis teknik perakitan yang dapat diterapkan untuk menghasilkan bidang sejajar dari 2

modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 17.

Gambar 17. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Sejajar (Tipe Satu)

Ketika dilakukan pencetakan produk dalam bentuk tiga dimensi dalam mesin printing 3D, penentuan

arah orientasi pencetakan di atas bed mesin harus diperhatikan. Orientasi objek harus ditentukan

sedemikian rupa agar sedapat mungin penggunaan support tidak diperlukan. Support merupakan

bagian material tambahan yang dibentuk oleh mesin 3D printer ketika objek berada dalam posisi

tidak menyentuh permukaan bed (melayang). Pembentukan support tentunya akan memakan

material yang lebih banyak dibandingkan teknik tanpa support. Contoh cara arah orientasi objek saat

diprint di atas bed dalam mesin disajikan pada Gambar 18. Dengan cara yang sama, maka beberapa


23

jenis alternatif perakitan Tipe Satu dapat disajikan dalam Tabel 1.

Gambar 18. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Satu

Tabel 1. Tujuh Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komp. Pembentuk Rakitan (Tipe Satu)

No.1 Jenis Gerakan Relatif Bentuk Rakitan Realisasi Gerak

1. Geser/Tekan

2. Geser

3. Geser/Tekan

4. Geser/Tekan

5. Tekan


24

6. Tekan

7. Tekan

Dari cara perakitan berdasarkan 7 alternatif di atas, dapat dilihat bahwa hasil rakitan menunjukkan

hasil perakitan yang cukup baik. Akan tetapi masing-masing alternatif memiliki arah penguncian yang

tidak sama. Alternatif 1, 2, 3 dan 7 memiliki arah kuncian sejajar dengan sumbu benda, sedangkan

alternatif 2, 4, 5, dan 6 memiliki arah kuncian tegak lurus dengan sumbu benda.

Karena adanya usaha untuk mengatur orientasi printing agar tidak memerlukan support, maka

terjadi konsekuensi harus melakukan proses printing dengan ketinggian printing yang sangat tinggi,

kecuali pada alternatif 3 dan 7. Dua alternatif ini dapat diprint secara mendatar dengan ketinggian

minimal. Sementara alternatif yang lain, harus diprint ke arah ketinggian dan terjadi risiko

melentingnya bidang printing dan menghasilkan kualitas produk yang kurang baik.

TEKNIK PERAKITAN ANTARA DUA BIDANG TEGAK LURUS

Jenis klasifikasi yang kedua bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung modul-modul dari

produk prototipe yang akan dirakit secara tegak lurus. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 10

macam/jenis teknik perakitan yang dapat diterapkan untuk menghasilkan bidang tegak lurus dari 2

modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 19.

Gambar 19. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Tegak Lurus (Tipe Dua)

Sementara teknik pencetakan (printing) tetap sama yakni agar selalu mengusahakan tidak

diperlukanya support, agar proses pembuatan poduk menjadi lebih cepat maupun minimasi

penggunaan material printing. Sementara arah orientasi printing disajikan pada Gambar 20, dimana


25

berhasil dibuat tanpa menggunakan support. Dengan cara yang sama, maka beberapa jenis alternatif

perakitan Tipe Dua dapat disajikan dalam Tabel 2.

Gambar 20. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Dua

Tabel 2. Sepuluh Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komp. Pembentuk Rakitan (Tipe Dua)


1. Tekan

2. Tekan

3. Tekan

4. Geser/Tekan

5. Geser

6. Geser/Tekan


26

7. Geser

8. Tekan

9. Tekan

10. Tekan

Sejenis dengan kasus perakitan untuk mendapatkan bidang mendatar, pada kasus perakitan untuk

menghasilkan bidang tegak lurus dari 2 bidang datar, aturan untuk mengusahakan minimal support

harus selalu diperhatikan. Konsekuensi terjadinya kualitas produk melenting sama tingginya dengan

kasus Tipe Dua. Dari 10 alternatif ini ternyata semuanya dapat diprint tanpa memerlukan support

sama sekali.

TEKNIK PERAKITAN ANTARA TIGA BIDANG TEGAK LURUS

Jenis klasifikasi yang ketiga bertujuan agar teknik perakitan mampu menyambung tiga modul bidang

datar prototipe yang dapat dirakit secara tegak lurus. Teknik perakitan antara tiga bidang ini

merupakan kombinasi dari tipe-tipe teknik perakitan antara dua bidang yang tegak lurus yang telah

dibahas di atas. Pada kelompok klasifikasi ini terdapat 6 macam/jenis teknik perakitan yang dapat

diterapkan untuk menghasilkan bidang tegak lurus dari 3 modul yang dirakit. Sebagai contoh adalah

mekanisme perakitan yang disajikan pada Gambar 21.

Gambar 21. Contoh Teknik Perakitan Antara 2 Bidang yang Tegak Lurus (Tipe Tiga)


27

Sementara pertimbangan dalam teknik pencetakan (printing) kelompok ini tetap sama yakni untuk

selalu mengusahakan tidak diperlukanya support, agar proses pembuatan poduk menjadi lebih cepat

maupun diperoleh minimasi penggunaan material printing. Sementara arah orientasi printing

disajikan pada Gambar 22, dimana satu buah produk tidak dapat dibuat tanpa menggunakan

support. Dengan cara yang sama, maka terdapat 6 jenis alternatif perakitan Tipe Tiga yang disajikan

dalam Tabel 3.

Gambar 22. Penentuan Arah Printing bagi Teknik Perakitan Tipe Tiga

Tabel 3. Enam Jenis Rakitan dan Pola Gerak Relatif antar Komponen Pembentuk Rakitan (Tipe Tiga


1. Tekan/Tekan/Tekan


3. Geser/Geser/Tekan


5. Geser/Geser/Geser


28


Sejenis dengan kasus perakitan untuk mendapatkan bidang mendatar, pada kasus perakitan untuk

menghasilkan bidang tegak lurus dari 2 bidang datar, aturan untuk mengusahakan minimal support

harus selalu diperhatikan. Konsekuensi terjadinya kualitas produk melenting sama tingginya dengan

kasus Tipe Dua. Dari 10 alternatif ini ternyata semuanya dapat diprint tanpa memerlukan support

sama sekali.

Salah satu telaah yang paling mendesak untuk ditindak lanjuti adalah pembentukan bidan datang

dari dua bidang sejajar. Hampir semua rakitan menunjukkan pola defleksi yang cukup besar karena

pengaruh berat diri sendiri, kecuali untuk jenis rakitan no.2. Dalam kasus ini, perhitungan jenis dan

besar suaian dalam menghasilkan sangat perlu diperhatikan. Disamping itu, jenis-jenis rakitan yang

dapat mengunci dan menghilangkan defleksi masih harus dikembangkan.

Untuk jenis rakitan yang menghasilkan bidang tegak lurus dari dua bidang datar, jenis rakitan No.5

dan No.7 menunjukkan hasil yang paling baik, sementara jenis-jenis lainnya masih menghasilkan

kecenderungan gerakan yang bebas. Karena itu, sudut 90O yang dihasilkan tidak selalu terjaga

seperti ke-dua jenis rakitan tersebut.

Sementara untuk bidang tegak lurus dari dua bidang datar, hampir semua dapat menunjukkan hasil

yang baik karena ketiga bidang bersatu dan saling mengunci. Perbedaan utama terletak hanya pada

kerumitan jenis sambungan. Untuk menghindari adanya support, hal ini tidak dapat dilakukan karena

semua fitur sambungan hanya dapat dibuat dengan menggunkan support.

Hasil penelitian yang lain dalam kajian ini adalah pengujian sifat mekanik produk hasil proses

printing 3D yakni uji tarik dan uji tekan. Dalam kajian ini, dilakukan pengujian kekuatan produk

berdasarkan struktur isian produk yakni bentuk struktur honey-comb. Struktur ini dibedakan

pertama berdasarkan densitas material pembentuk dan kedua berdasarkan pada inti segi-6 pada

honey-comb dari tipe celular structure hingga didapat bentuk heirarchical structure.

PENGUJIAN KEKUATAN TARIK STRUKTUR HONEY-COMB

Jenis sifat mekanis tertama yang diuji adalah kekuatan tarik benda hasil 3D printing, didama di dalam

material isian benda terdapat struktur honey-comb. Arah peletakan struktur ini di dalam produk juga

akan menjadi salah satu pertimbangan dalam tahap uji tarik ini. Gambar 23 menunjukkan orientasi

inti struktur honey-comb di dalam spesimen uji (benda) serta arah gaya tarik yang dapat terjadi.

Disamping itu, arah orientasi struktur terhadap arah printing juga sangat penting diperhatikan

karena akan secara langsung terkait bagian benda mana yang mengalami proses penarikan.


29

Gambar 23. Penentuan Arah Struktur Honey-comb dan Arah Printing Spesimen Uji

Variasi kondisi spesimen uji dilakukan dengan cara mengubah tingkat desitas dari struktur isian

benda yang diprint. Tingkat desitas dapat dipilih dari daftar yang diberikan oleh mesin printing Da

Vinci, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 24. Semakin tinggi densitas yang dipilih, maka semakin

kecil juga panjang sisi dari struktur segi-6 yang dihasilkan.

Gambar 24. Variasi Tingkat Densitas yang Digunakan dan Ukuran Sisi Segi-6

Untuk mendapatkan gambaran yang jelas dan komprehensif terhadap pengaruh densitas isian dan

arah proses printing, maka dibuatlah lima macam spesimen uji tarik (Gambar 25) yang dibedakan

berdasarkan tingkat desitas yang bisa dibuat. Arah printing berorentasi (a) tidak disarankan, karena

secara teknis orientasi ini tidak menunjukkan proses penarikan pada benda (material pembentuk

benda) akan tetapi uji tarik aka menguji kualitas penggabungan antar dua layer FDM pada benda.

Gambar 25. Lima Macam Spesimen Uji Tarik dan Satu Patahan Jenis Benda C

Hasil uji tarik untuk ke lima spesimen uji di atas disajikan dalam Tabel 4, dimana terlihat

jelas perbedaan densitas, orientasi printing, massa yang diperlukan serta kekuatan tarik

yang terukur. Spesimen A memiliki kekuatan terendah karena arah printing berorientasi (a)

menyebabkan proses uji tarik hanya menguji kekuatan ikat antar layer pada proses FDM ini.


30

Kekuatan ikat antar layer ini tentu sangat rendah karena hanya hal ini terkait dengan proses

menumpukan layer satu dengan selanjutnya yang hanya berntumpu pada kekuatan ikatan

perekatan setara dengan proses pengeleman. Karena itu, data tipe A tidak valid dijadikan

rujukan/bahasan dalam kajian ini.

Tabel 4. Rekapitulas Hasil Pengujian Tarik untuk Lima Model Spesimen

Dari pembahasan yang lebih mendalam, pemilihan spesimen terbaik didasari pada perbandingan

antara selisih kekuatan tarik dengan selisih massa spesimen uji. Spesimen yang digunakan sebagai

rujukan pemilihan adalah spesimen tipe E, karena spesimen ini memiliki kekuatan yang paling kecil di

antara semua tipe spesimen yang diuji. Dari perbandingan yang dilakukan, maka didapat bahwa

spesimen tipe D memiliki nilai perbandingan terbesar yaitu 130,846 N/g. Hasil ini menyebabkan

spesimen D terpilih menjadi spesimen tarik terbaik karena penambahan massa pada spesimen ini

memberikan penambahan kekuatan terbesar dibandingkan tipe spesimen lainnya.

PENGUJIAN KEKUATAN TEKAN STRUKTUR HONEY-COMB

Untuk pengujian kekuatan tekan, dilakukan beberapa spesimen uji dengan variasi sebagai berikut:

1. Bentuk standar yakni celular honey-comb dengan desitas berbeda,

2. Bentuk dengan penguatan yakni hierarchical honey-comb (struktur berinti) dengan rasio

yang berbeda,

3. Bentuk standar yakni celular honey-comb dengan ketebalan dinding yang lebih besar.

Bentuk-bentuk struktur honey-comb yang diujik dapat diliat pada Gambar 26, dengan densitas dari

5%, 10%, 15% dan 20%. Pada struktur berinti dipilih nilai rasio bernilai 0,1 hinga 0,5

dikombinasikan dengan densitas dan ketebalan dinding yang berbeda. Seluruh variasi variabel uji

yang mempengaruhi hasil pengujian ini disajikan dalam Tabel 5. Uji tarik dilakukan secara bertahap

hingga spesimen benar-benar tidak mampun menahan gaya tekan yang diterapkan pada struktur uji.

Beberapa hasil uji tekan ini disajikan pada Gambar 27. Sementara nilai kekuatan tekan pengujian ini

disajikan secara lengkap pada Tabel 6.


31

Gambar 26. Struktur Honey-comb yang Dipilih pada Uji Tarik

Tabel 5. Rekapitulas Variabel yang Diubah Selama Pengujian Tekan

Gambar 27. Contoh Hasil Uji Tekan pada Strukur Honey-comb


32

Tabel 6. Rekapitulas Hasil Pengujian Tekan untuk Berbagai Struktur Honey-com

Dari rekapitulasi hasil pada Tabel 6 dapat dilihat bahwa perbedaan struktur terkait densitas akan

sangat mempengaruhi kekuatan tekan yang dimilikinya. Ini terlihat baha spesimen A, B, C, dan D

memiliki densitas yang semakin besar (ukuran sisi segi-6 yang membesar) sehigga kemampuan

menahan beban tekan juga semakin besar, bahkan pada spesimen D mesin uji tekan tidak mampu

menghancurkan spesimen uji.

Demikian juga yang terjadi pada hierarchical structure, dimana semakin besar nilai , maka struktur

akan menjadi semakin padat sehingga dinding yang menahan gaya tekan akan semakin besar dan

otomatis akan menambah kekuatan. Pengaruh nilai rasio ini dapat dilihat pada spesimen A, E, F, G,

dan H. Untuk memili spesimen terbaik, tidak semua spesimen dapat digunakan yakni spesimen G

dan H. Kedua spesimen ini tidak dapat digunakan karena spesimen ini digunakan untuk mendekati

kekuatan struktur apabila panjang sisi segi-6 yang digunakan sebesar 10 mm dan 0.5. Spesimen G

dibuat memiliki panjang sisi segi-6 sebesar 20 mm karena adanya keterbatasan printer yang tidak

dapat menghasilkan struktur segi-6 dengan 0.5 dan panjang sisi segi-6 sebesar 10 mm.

Penentuan kondisi terbaik dilakukan dengan cara menilai pertambahan kekuatan/pertambahan

massa pada tiap jenis struktur yang dibandingkan dengan spesimen tipe A sebagai spesimen rujukan

dengan massa terkecil. Dari Tabel 6 dapat dilihat bahwa hasil perbandingan spesimen B lebih besar

dibandingkan dengan spesimen lainnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa penambahan massa pada

spesimen B lebih memberikan pengaruh pada kekuatan yang dihasilkan, atau menambah kekuatan

tekan lebih besar dibandingkan dengan spesimen lainnya. Dengan kata lain dengan penambahan

massa yang kecil saja, maka struktur dapat memberikan kekuatan yang lebih besar dibandingkan

struktur lain untuk penambahan massa yang sama. Karena nilai perbandingan yang lebih besar ini,

maka struktur yang terpilih sebagai spesimen tekan adalah spesimen B.


33

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam rangka membuat produk prototipe yang ukurannya lebih besar dari kemampuan mesin 3D

Printing membuat suatu produk, maka teknik produk modular merupakan solusi yang layak

dipertimbangkan. Untuk menghasilkan ukuran produk melebihi kapasitas mesin 3D Printing, maka

dikembangkan teknik perakitan produk modular dengan kriteria sebagai berikut:

1. Perakitan benda dengan merakit 2 bidang yang sejajar,

2. Perakitan benda dengan merakit 2 bidang yang saling tegak lurus, dan

3. Perakitan benda dengan merakit 3 bidang yang saling tegak lurus.

Dalam rangka memproduksi benda rakitan, teknik printing yang harus dipilih merupakan faktor

penting agar proses printing dapat berjalan dengan cepat dan lancar serta dapat meminimasi

penggunaan material. Walaupun demikian, setelah produk rakitan dipasang, terutama untuk

perakitan antara 2 bidang sejajar, kualitas rakitan ternyata tidak selalu memuaskan.

Faktor gaya berat dari benda itu sendiri dan kualitas fitur sambungan yang dibuat menjadi faktor

penting lain yang ditemukan dalam penelitian ini. Bila kedua faktor tidak diperhatikan, maka bentuk

benda yang dihasilkan sangat menyimpang dari apa yang diharapkan, yakni terjadinya tingkat

defleksi yang cukup besar pada produk rakitan.

Penelitian ini juga menghasilkan pengetahuan tentang peran struktur isian benda prototipe 3D

printing, yang terkait dengan bentuk struktur utama di dalam benda serta sifat mekanis produk,

khusunya kekuatan tarik dan kekuatan tekan. Struktur yang dikaji untuk dapat menghasilkan produk

3D printing yang kuat tetapi ringan adalah struktur honey-comb. Dua jenis struktur yang dikaji yaitu

celular honey-comb dan heirarchical honey-comb. Disamping itu tingkat kerapatan/densitas benda

juga dijadikan faktor yang diamati.

Dari pengujian ini dapat disimpulkan bahwa pada untuk uji tarik disimpulkan bahwa spesimen D

yang memiliki densitas 15% dengan orientasi printing (c) merupakan spesimen yang paling layak

dijadikan rujukan untuk membuat produk prototipe yang mungkin terkena beban tarik. Sementara

terkait dengan beban tekan, maka spesimen B dimana densitas yang dimiliki adalah 10% dengan

bentuk celular honey-comb menjadi rujuan untuk membuat produk prototipe yang mungkin terkena

beban tekan.


34

DAFTAR PUSTAKA

____, (2009). Peta Panduan Pengembangan Klaster Industri Kerajinan dan Barang Seni. Lampiran Peraturan No.: 132/M-IND/PER/10/2009. M. P. R. IINDONESIA. Jakarta.

____, (2013). CAM Toolpath Strategies, tersedia pada: http://www.cnccookbook. com/index.htm.

____, (2013). Spesimen ASTM D6, tersedia pada http://file.scirp.org/Html/6-7700792%5C0b33f220-d8ba-4d26-9379-35e3f4f47e60.jpg

_____, http://www.stratasys.com/3d-printers/technologies/fdm-technology#sthash. 0ERBPgWg. dpuf.

_____, http://www.3dprinting.com/what-is-3d-printing/#whatitis.

Barnatt, C. (2012). "3D Printing." Retrieved 19 Maret, 2012, from http://www.explainingthefuture. com/3dprinting.html.

Chua, C. K., K. F. Leong, et al. (2003). Rapid Prototyping: Principles And Applications, 2nd Edition. Singapore, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.

Degarmo, E. P., Black, J. T., and Kohser R. (2008). Materials and Processes in Manufac-turing. 7th ed. Macmillan Publishing Company. New York.

Gibson, I., et al. (2010). Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing. New York, Springer.

Groover M. F., (2005). Otomasi, Sistem Produksi dan Computer-Integrated Manufacturing, (terjemahan) Penerbit Guna Widya, Surabaya.

Jeng, H.J. (2014). 2014 - 3D Printing Workshop for ASEAN Countries. Prosiding, NTUST Taiwan.

Jurrens, K. K. (1999). Standards for the rapid prototyping industry. Rapid Prototyping Journal Volume 5, Number 4, pp. 169-178, MCB University Press

Kamrani, A. K. and E. A. E. Nasr (2006). Rapid Prototyping: Theory and Practice. New York, Springer.

Kulkarni, P., et al. (2000). A review of process planning techniques in layered manufacturing. Rapid Prototyping Journal, Volume 6, Number 1, pp. 18-35, MCB University Press.

Liou, F. W. (2008). Rapid Prototyping and Engineering Applications: A Toolbox for Prototype Development. Boca Raton, CRC Press, Taylor & Francis Group.

Raja, V. and K. J. e. Fernandes (2008). Reverse Engineering: An Industrial Perspective. London, Springer-Verlag.

Sunardi, E. (2014) Pengaruh Faktor Surface and Angle Terhadap Hasil Print 3D Printer Merek Up! (Dimensi dan Massa Benda), Skripsi S1, Jurusan Teknik Industri – Unpar.

Wang, W. (2011). Reverse Engineering: Technology of Reinvention. Boca Raton, CRC Press, Taylor & Francis Group.

http://www.cnccookbook/

http://file.scirp.org/Html/6-7700792%5C0b33f220-d8ba-4d26-9379-35e3f4f47e60.jpg

http://file.scirp.org/Html/6-7700792%5C0b33f220-d8ba-4d26-9379-35e3f4f47e60.jpg

http://www.explainingthefuture/

EKSPLORASI KEMAMPUAN DAN KAPASITAS MESIN 3D …

Documents

Transcript of EKSPLORASI KEMAMPUAN DAN KAPASITAS MESIN 3D …