BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rapid prototyping merupakan proses pembuatan model fisik tiga dimensi dari model tiga dimensi digital menggunakan mesin otomatis secara cepat (Heynick dan Stotz, 2006). Berbeda dengan mesin secara konvensional yang berprinsip mengurangi material dengan alat potong untuk membentuk sesuatu part. Sedangkan rapid prototyping menggunakan prinsip aditif, yaitu membentuk produk dengan menambahkan layer demi layer pada benda kerja, atau yang lebih dikenal dengan additive manufacturing. Rapid prototyping memiliki beberapa variasi jenis dalam proses dan bahan yang digunakan. Menurut Heynick dan Stotz (2006), beberapa teknik rapid prototyping adalah sebagai berikut, stereolithography (SLA), laminated object manufacturing (LOM), selective laser sintering (SLS), fused deposition modeling (FDM), three dimensional printing (3DP), thermal phase change inkjets, photopolymer phase change inkjets (Polyjet), dan contour crafting (CC). Laboratorium Desain dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada memiliki beberapa mesin berbasis additive manufacturing untuk keperluan pembelajaran dan penelitian. Mesin tersebut merupakan mesin printer tiga dimensi dengan merk UP!, ROBO-3D, Wanhao, dan Portabee Kit. Semua mesin beroperasi dengan prinsip FDM dengan filamen sebagai materialnya. Filamen yang digunakan berbahan PLA (poly lactic acid) dan ABS (acrylonitrile butadiene styrene). Ridho (2014) memodifikasi prinsip fused deposition modeling (FDM) pada mesin Portabee Kit yang menggunakan sistem pengumpanan ekstrusi filamen menjadi menggunakan sistem pengumpanan ekstrusi ulir tunggal untuk material pasta silika-bioplastik. 1

2 2 Fokus penelitian Ridho (2014) adalah membuat volume ekstrusi pasta silika-bioplastik sama dengan hasil ekstrusi PLA yang sebagai default. Faktor yang dianggap paling berpengaruh adalah kecepatan rotasi ulir. Pada proses ini, kecepatan rotasi diubah-ubah untuk mendapatkan volume keluaran yang sama dengan default yaitu 0,1990 ml pada kecepatan ekstrusi 100 mm/menit. Penelitian tersebut berhasil menemukan volume ekstrusi yang sama dengan default yaitu 0,0111 ml/s dengan kecepatan rotasi ulir 19,7521 RPM. Pada penelitian Ridho (2014) tidak dijelaskan mengenai parameter proses yang baik untuk mencetak suatu produk. Padahal parameter proses merupakan aspek penting yang harus dilakukan untuk mendapatkan hasil cetak tiga dimensi sama dengan model digital (Lu dkk. 2009). Terdapat tiga parameter proses yang berpengaruh terhadap hasil akhir produk yaitu ketebalan layer, kecepatan ekstrusi, dan kecepatan gerak sumbu (Huang dkk, 2008). Kecepatan ekstrusi dan kecepatan gerak sumbu berpengaruh pada ketepatan proses pembuatan produk tiga dimensi. Ketepatan tersebut dibutuhkan agar tidak terjadi defect berupa overfilling atau underfilling. Sedangkan ketebalan layer berkaitan dengan kecepatan ekstrusi dan kecepatan gerak sumbu untuk proses pengeringan setiap layer. Sama halnya dengan Huang dkk, (2008), Anitha dkk, (2001) mengungkapkan dalam rapid prototyping teknik Fused Deposition Modeling (FDM) terdapat tiga parameter proses yang paling berpengaruh, yaitu tebal layer, lebar filamen hasil ekstrusi, kecepatan ekstrusi. Pada penelitian ini menggunakan ketebalan layer, kecepatan printing untuk bagian tepi dan kecepatan printing bagian dalam. Parameter ini dipilih karena menurut Anitha dkk, (2001) dan Huang dkk, (2009) merupakan faktor yang paling berpengaruh. Di dalam software yang melekat pada mesin Portabee Kit terdapat beberapa parameter proses yang bisa dikendalikan. Namun hanya parameter ketebalan layer dan kecepatan ekstrusi yang digunakan sesuai dengan penelitian Anitha dkk, (2001) dan Huang dkk, (2009). Kecepatan proses sendiri terdapat tiga jenis yaitu perimeter speed, infill speed, dan travel speed seperti pada Gambar 1.1. Perimeter speed dan

3 3 infill speed merupakan proses yang mengekstrusi pasta dari nozzle ke bed sehingga proses ini yang dipilih. Sedangkan travel speed, prosesnya tidak mengekstrusi pasta sehingga parameter ini mengikuti default. Sedangkan parameter layer height ditunjukkan oleh Gambar 1.2. Gambar 1.1. Parameter Kecepatan pada Software Sli3r Gambar 1.2. Parameter Layer Height pada Software Sli3r Pada mesin cetak tiga dimensi Portabee Kit belum pernah dilakukan proses cetak dengan material biokomposit. Putra (2015) dan Mahulauw (2015) telah mengembangkan biokomposit baru sebagai pengganti jaringan keras mahkluk hidup yaitu hidroksiapatit, bioplastik, dan serisin. Hidroksiapatit merupakan material yang sudah cukup umum digunakan untuk pengganti tulang dan gigi. Hidroksiapatit merupakan mineral alami dari senyawa apatit kalsium fosfat yang sangat biokompatibel, osteokonduktif, dan bioaktif (Roeder, 2008). Bahan penyusun lain adalah bioplastik merupakan polimer alami yang bisa disediakan oleh tanaman. Bioplastik berbasis tepung bisa didapatkan dari berbagai tepung seperti gandum, jagung, kentang, dan ubi kayu. Sedangkan, serisin merupakan protein hewani yang berasal dari cocoon ulat sutera. Serisin sebagai biomaterial mampu memberikan manfaat di bidang medis

4 4 karena memiliki sifat biodegradable. Serisin di bidang medis biasanya digunakan untuk menstimulus pertumbuhan sel. Ketiga material tersebut, hidroksiapatit, bioplastik, dan serisin akan disatukan menjadi pasta biokomposit sebagai bahan feeder mesin Portabee Kit. Dengan adanya material yang berbeda jenis dengan filamen PLA dan silikabioplastik maka perlu dilakukan berbagai macam skenario dengan parameter proses yang sudah ditentukan. Skenario parameter proses tersebut disusun berdasarkan metode optimasi. Terdapat beberapa metode optimasi menggunakan design of experiment. Namun hasil optimasi yang paling baik adalah metode response surface yang telah dibuktikan oleh Sivaraos dkk, (2014) dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa hasil dari metode response surface lebih menjanjikan dari pada metode Taguchi. Metode response surface menghasilkan rata-rata galat yang lebih kecil dari pada Taguchi. Pada penelitian ini, Peneliti menggunakan material yang sudah diteliti oleh Putera (2015) dan Mahulauw (2015) yaitu pasta biokomposit. Dengan menggunakan material yang berbeda pada alat yang sudah dikembangkan oleh Ridho (2014) maka harus dilakukan pencarian parameter proses yang optimal agar hasil cetak memiliki kesamaan geometri dengan model digital. Metode optimasi yang dipilih adalah metode response surface Rumusan Masalah Rumusan masalah berdasarkan uraian pada latar belakang, yaitu mesin ekstrusi printer tiga dimensi merk Portabee Kit belum pernah dilakukan optimasi parameter proses dengan feeder pasta biokomposit [hidroksiapatit/bioplastic/serisin], maka diperlukan optimasi parameter proses ekstrusi untuk mencetak pasta biokomposit agar memiliki kesamaan geometri dengan model digital.

5 Asumsi dan Batasan Masalah 1. Penelitian dilakukan pada mesin printer tiga dimensi jenis Portabee Kit yang dimiliki oleh Laboratorium Desain dan Pengembangan Produk, Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. 2. Material yang digunakan pada penelitian ini adalah biokomposit [hidroksiapatit/bioplastik/serisin] dengan perbandingan hidroksiapatit dengan bioplastik 1:1. 3. Penelitian ini hanya mencari dimensi yang paling sesuai dengan model digital. 4. Parameter yang lain mengikuti default seperti pada Lampiran Kondisi lingkungan diasumsikan tetap dan tidak berubah Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengetahui nilai parameter proses yang optimal untuk mencetak biokomposit [hidroksiapatit/bioplastik/serisin] menggunakan mesin ekstrusi printer tiga dimensi. 2. Mencetak biokomposit [Hidroksiapatit/Bioplastik/Serisin] dengan parameter optimal Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, diantaranya: 1. Memberikan pengetahuan mengenai prinsip proses ekstrusi dari mesin printer tiga dimensi dengan metode ekstrusi. 2. Memberikan solusi parameter yang optimal untuk mecetak menggunakan pasta biokomposit. 3. Memberikan dasar bagi penelitian berikutnya mengenai proses rapid prototyping menggunakan material pasta.