BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Rapid prototyping saat ini sudah banyak digunakan oleh perusahaan dalam upaya penyempurnaan kualitas produk yang akan dihasilkan. Hal ini dikarenakan dengan penggunaan rapid prototyping perusahaan banyak mendapatkan keuntungan, diantaranya dapat mengurangi kesalahan-kesalahan produksi yang membuat biaya menjadi besar, mengurangi waktu pengembangan produk, mengurangi perubahan-perubahan mendasar, dan lain-lain. Manfaat rapid prototyping seperti yang telah disebutkan di atas dapat terwujud karena rapid prototyping merupakan kombinasi dari alat, teknologi, dan teknik yang memungkinkan pabrikasi cepat dari prototype yang menghasilkan visual serta fungsi karakteristik dari produk akhir. Dengan adanya prototype, pengembang dapat menganalisa prototype untuk mengoreksi kesalahan ataupun ketidakcocokan dalam desain untuk mendapatkan kualitas produk yang diinginkan. Dalam rapid prototyping banyak alat yang digunakan untuk membuat objek 3D, salah satunya adalah 3D printer. 3D printer adalah salah satu dari proses rapid prototyping dimana objek tiga dimensi dihasilkan dengan meletakkan lapisan berturut-turut dari material. 3D Printer menawarkan pengguna kemampuan untuk mencetak bagian dan rakitan yang terbuat dari beberapa bahan dengan sifat mekanik dan fisik yang berbeda dalam proses pembuatan tunggal. Teknologi canggih pencetakan model 3D menghasilkan model yang meniru tampilan, rasa dan fungsi prototype produk (Aziz, 2011). Perkembangan 3D printer saat ini semakin luas, objek dari 3D printer bukan hanya sebagai prototype akan tetapi juga sebagai benda akhir fungsional (Tontowi, 2013). Berbagai macam pengguna menggunakan 3D printer untuk berbagai tujuan, seperti kesenian, mainan, alat, barang rumah tangga, bahkan hingga instrumen ilmiah (Tymrak dkk, 2014). Pengguna yang menggunakan produk fungsional dari 3D printer dengan tujuan membuat alat dan instrumen ilmiah tersebut,
1
2
membutuhkan komponen dengan karakeristik bahan yang sesuai dengan spesifikasi sehingga dapat berjalan sesuai dengan fungsi yang dinginkan. Salah satu contoh penggunaan produk fungsional dari 3D printer, seperti yang ditulis oleh Coxworth (2015). Coxworth (2015) mempublikasikan artikel tentang sepeda gunung yang rangkanya terbuat dari 3D printer dengan menggunakan PLA. Sepeda gunung ini bernama Aenimal Bhulk yang dibuat oleh Eurocompositi Design Studio. Dapat dilihat pada Gambar 1.1 sepeda gunung yang terbuat dari PLA yang memenangi Eurobike Gold Award.
Gambar 1.1 Sepeda Gunung yang Mempunyai Frame berbahan PLA (Coxworth, 2015) Oleh karena alasan produk dari 3D printer digunakan sebagai benda akhir fungsional, dibutuhkan informasi mengenai karakteristik mekanik dari produk yang dicetak menggunakan mesin 3D printer. Selain karakteristik mekanik, pada produk dari 3D printer yang berfungsi sebagai benda akhir fungsional juga membutuhkan keakuratan dalam dimensi produk yang dihasilkan. Oleh karena itulah, penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik mekanik dan akurasi dimensi dari produk yang dicetak dengan menggunakan mesin 3D printer, serta mengetahui bagaimana cara agar mendapatkan karakteristik mekanik bahan terutama kuat tarik yang optimal dan akurasi dimensi yang sesuai dengan model digital (CAD). Tujuan tersebut dapat dicapai dengan melakukan optimasi parameter proses pada mesin 3D printer yang digunakan. Optimasi parameter proses perlu dilakukan untuk meningkatkan kualitas produk yang dicetak, karena menurut Patel dkk (2012),
3
kualitas dari produk yang dicetak menggunakan FDM secara signifikan dipengaruhi oleh berbagai macam parameter proses yang digunakan selama proses cetak. Pada penelitian ini, digunakan bahan filamen PLA berwarna putih merek ESUN yang mempunyai diameter 3 mm. Penggunaan bahan PLA ini karena menurut Lapidos (2007) dibandingkan dengan PLA, bahan ABS bersifat toxic, menimbulkan asap yang berbau tidak sedap, dan juga berpotensi merusak lingkungan dan juga kesehatan pada manusia. Mesin 3D printer yang dioptimasi parameter prosesnya adalah Wanhao Duplicator 5S Mini yang menggunakan prinsip fused deposition modelling (FDM). Mesin 3D printer Wanhao Duplicator 5S Mini ini telah dimiliki Laboratorium Desain dan Pengembangan Produk sejak bulan Mei 2015. Alasan pemilihan 3D printer berbasis FDM ini karena menurut Durgun dkk (2014) bila dibandingkan dengan metode additive manufacturing lainnya seperti stereolithography (SLA) dan laminated object manufacturing (LOM), metode FDM ini lebih umum digunakan saat ini, serta juga mempunyai harga yang lebih murah.
Gambar 1.2 Mesin 3D Printer Wanhao Duplicator 5S Mini Penelitian mengenai optimasi parameter proses untuk mendapatkan karakteristik mekanik optimal pada mesin 3D printer sebelumnya pernah dilakukan oleh Lanzotti dkk (2014) dan Tymrak dkk (2014). Akan tetapi, pada penelitian tersebut mesin 3D printer yang digunakan adalah mesin 3D printer open-source RepRap, berbeda dengan penelitian ini yang menggunakan mesin 3D printer Wanhao Duplicator 5S Mini Melalui optimasi parameter proses pada mesin 3D printer Wanhao Duplicator 5S Mini, diharapkan dapat membantu pengguna 3D printer untuk mendapatkan
4
produk dengan kekuatan tarik yang optimal, serta dimensi akurat yang sesuai dengan model digital tanpa harus melakukan ekperimen terlebih dahulu. Pengaturan parameter proses yang optimal dapat dilakukan terdapat beberapa cara, salah satunya desain eksperimen. Desain eksperimen adalah metode eksperimen yang menjadi salah satu teknik untuk meningkatkan kualitas dan produktivitas (Basterfield, 2003). Pada penelitian ini, peneliti menggunakan metode Response Surface sebagai metode optimasi untuk menemukan parameter proses optimal agar didapatkan kekuatan tarik dan akurasi dimensi yang maksimal. Alasan pemakaian metode Response Surface pada penelitian ini dikarenakan menurut Savaraos dkk (2015) metode Response Surface lebih menjanjikan dibanding dengan Taguchi yang dibuktikan dengan memberikan error yang lebih kecil dalam model dan juga eksperimen validasinya. Savaraos dkk (2015) juga menyimpulkan bahwa, berbeda dengan metode Respon Surface yang mampu memprediksi secara jelas signifikansi dari persamaan interaksi dan square, metode Taguchi biasanya digunakan hanya untuk interaksi linier saja. Hal ini disebabkan karena didalam Taguchi interaksi diantara variabel bebas tersamarkan dengan main effect dari variabel bebas itu sendiri.
1.2 Rumusan Masalah Teknologi 3D printer berbasis FDM sudah berkembang pesat dan bahkan penggunaanya bukan lagi hanya untuk membuat prototype tapi juga untuk produk fungsional. Oleh karena itu, dibutuhkan informasi mengenai karakteristik mekanik terutama kuat tarik produk hasil cetak 3D printer. Selain karakteristik mekanik, produk fungsional juga membutuhkan akurasi dimensi yang baik sesuai dengan model digital. Oleh karena itu, karakteristik mekanik terutama kuat tarik produk dan akurasi dimensi hasil cetak 3D printer ini perlu diketahui untuk mendukung fungsionalitas produk yang dicetak. Namun, dimensi dan kuat tarik produk hasil cetak 3D printer sangat dipengaruhi oleh parameter proses, sehingga optimasi parameter proses perlu dilakukan untuk mendapatkan akurasi dimensi dan kuat tarik yang optimal.
5
1.3 Asumsi dan Batasan Masalah Asumsi dan batasan masalah dalam penelitian ini adalah: a.
Penelitian ini menggunakan mesin 3D printer Wanhao Duplicator 5S Mini yang dimiliki oleh Laboratorium Desain dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM.
b.
Bahan yang digunakan terbatas hanya pada filamen PLA (Polylactic Acid) warna putih dengan diameter 3 mm yang bermerek ESUN.
c.
Penelitian ini hanya mengubah kombinasi pengaturan pada software Wanhao Maker versi 2.3.5.2241 dan pengaturan software hanya terbatas pada variabel bebas saja, sementara pengaturan selain variabel bebas dibuat tetap sesuai default.
d.
Kondisi lingkungan diasumsikan tetap dan tidak berubah.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai di dalam penelitian ini adalah: a. Menentukan parameter proses optimum untuk respon keseluruhan yaitu pada galat dimensi sekaligus pada kuat tarik. b. Menentukan parameter proses optimum untuk tiap responnya yaitu respon galat dimensi dan kuat tarik. c. Membandingkan hasil cetak pengaturan parameter proses optimum terhadap CAD, prediksi, default setting, dan kuat tarik filamen.
1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian yang diperoleh dari penelitian ini adalah: a.
Memberikan informasi mengenai kekuatan tarik objek 3D PLA di 3D printer Wanhao Duplicator 5S Mini dengan parameter proses yang optimal.
b.
Mengurangi waktu pembuatan 3D untuk mendapatkan model 3D yang berkualitas bagus dari parameter proses yang optimal.
