1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rapid

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Rapid Prototyping adalah salah satu langkah penting untuk finalisasi
sebuah desain produk. Prototyping mempermudah dalam pembentukan
konsep suatu desain. Sebuah produk harus dilakukan pengujian dan
difabrikasi terlebih dahulu sebelum dilakukan proses produksi secara
massal. Secara umum rapid prototyping dibagi menjadi 2 tipe yaitu additive
dan subtractive (Chua,dkk. 2010).
Dalam buku Royal Academy of
Engineering (2013) menjelaskan bahwa RP tipe additive lebih unggul
dibandingkan dengan tipe subtractive. Buku ini mencantumkan studi kasus
penerapan additive manufacturing pada Technology Strategy Board (TSB).
TSB adalah sebuah perusahaan yang membuat monitor TV untuk kursi
pesawat
kelas
eksekutif.
TSB
mengganti
teknologi
subtractive
manufacturing (SM) menjadi additive manufacturing (AM). Dengan
menerapkan strategi tersebut TSB dapat mengurangi 50% berat atau
mengurangi 0.5kg per produk. TSB dapat melakukan saving biaya
transportasi sebesar $45.000 setelah menerapkan AM yang dapat
menghasilkan produk lebih ringan dengan life time lebih dari 30 Tahun.
Teknologi RP yang menerapkan additive manufacturing antara lain
stereolithography (SLA), fused deposition modeling (FDM), inkjet based
printing, selective laser sintering (SLS).
Semakin berkembangnya teknologi, fungsi dari mesin 3D printer tidak
hanya untuk keperluan prototyping namun juga untuk menciptakan produk
fungsional. Barspin (2013) memanfaatkan printer 3D berbasis FDM untuk
menciptakan produk wrench atau lebih dikenal dengan sebutan kunci
inggris. Material yang digunakan adalah PLA. Wrench yang dihasilkan dari
mesin 3D printer langsung dapat digunakan untuk membuka kunci pada
mesin. Produk fungsional membutuhkan kualitas produk yang baik. Oleh
karena itu dibutuhkan sebuah mesin yang dapat menghasilkan kualitas
1
2
produk terbaik agar produk yang dihasilkan memiliki karakter sustainability
yang tinggi dan memiliki life time yang panjang pada saat digunakan. Aspek
penting untuk menentukan kualitas produk yang baik adalah tingkat akurasi
dimensi dan kekuatan material yang digunakan untuk membuat produk.
Semakin akurat dimensi part yang dihasilkan dan sifat material yang kuat
merupakan kriteria produk dengan kualitas baik.
Gambar 1.1 Produk Wrench Hasil 3D Printer (Barspin,2013)
Mesin printer yang menjadi objek dalam penelitian ini adalah mesin
Wanhao Duplicator 5S Mini. Penelitian Lutfi (2015) menujukkan bahwa
default setting parameter proses dari mesin ini tidak menghasilkan produk
dengan kualitas terbaik. Default setting mesin tersebut menghasilkan
kekuatan tarik sebesar 46,85Mpa, sedangkan setting parameter pada
penelitian Lutfi menghasilkan kekuatan tarik sebesar 49,04 Mpa. Dengan
demikian dibutuhkan perubahan setting parameter proses dari default setting
mesin agar dapat memperoleh kualitas produk terbaik.
Dalam melakukan suatu penelitian, aspek sosial dan lingkungan
merupakan aspek yang perlu dipertimbangkan bagi para peneliti. Material
yang ramah lingkungan adalah faktor penting yang harus diperhatikan untuk
menghindari terjadinya kerusakan lingkungan. Material berbahan dasar
polimer memiliki hubungan erat dengan dunia prototyping. Polimer
merupakan salah satu jenis plastik. Menurut UNEP (2005), pencemaran
plastik di dunia terus meningkat dari 116 juta ton pada 1992 menjadi 255
juta ton pada 2007. Setelah krisis ekonomi, produksi plastik mencapai rekor
3
baru yaitu sebesar 265 juta ton/tahun pada 2010. Dengan kata lain, dalam 16
tahun terakhir, jumlah produksi plastik naik 149 juta ton (tumbuh 15% per
tahun).
Oleh karena itu untuk menghindari terjadinya kerusakan lingkungan
akibat penggunaan material, dibutuhkan material yang aman bagi
lingkungan agar tidak menimbulkan efek yang negatif. Menurut Donald
(2001), material polylactic acid (PLA) merupakan salah satu polimer yang
ramah lingkungan. PLA terbuat dari bahan-bahan terbarukan seperti pati
jagung atau tanaman tebu yang dapat menanggulangi krisis energi berbahan
fosil. PLA mempunyai sifat biodegradabel artinya PLA dapat terdegradasi
secara alami oleh panas, cahaya, bakteri maupun oleh proses hidrolisis.
Tabel 1.2 Polymer Comparison (www.3dfilaprint.com)
PLA memiliki kadar emisi yang lebih rendah dibandingkan dengan
plastik jenis lain seperti PP,PET,EPS dan ABS. PLA adalah material yang
tidak beracun sedangkan material ABS berpotensi mengeluarkan gas
beracun pada saat proses percetakan.
Tabel 3.3 PLA vs ABS (www.3dfilaprint.com)
Perubahan setting parameter proses untuk memperoleh kualitas produk
terbaik dapat dilakukan dengan metode optimasi. Proses optimasi dapat
4
dilakukan dengan berbagai metode salah satunya adalah menggunakan
Design of Experiment (DOE) (Montgomery, 2009).
Menurut (Montgomery,2009) dengan menggunakan DOE
dapat
mengetahui variabel input (faktor) yang berpengaruh terhadap respon dan
dapat menentukan variabel input yang menghasilkan respon mendekati nilai
yang diinginkan. Variabel input dalam penelitian ini adalah parameter
proses.
Optimasi parameter dapat memberikan informasi tentang kombinasi
beberapa faktor parameter dan parameter apa yang paling memberikan efek
paling signifikan (main effect) terhadap respon. Sehingga setup mesin dapat
dilakukan dengan tepat. Untuk mengetahui kombinasi faktor dan main effect
yang mempengaruhi respon dapat dilakukan dengan menggunakan metode
optimasi design of experiments: 2k Factorial Design. Alasan pemilihan
metode 2k Factorial Design karena menurut (Stephen R,2005) metode ini
lebih efektif memberikan informasi interaksi semua faktor. Karena semua
kombinasi level dan faktor dalam 2k Factorial Design akan dievaluasi dan
diuji. Sedangkan metode lain seperti Taguchi Method hanya melakukan
screening faktor sehingga memungkinkan kehilangan informasi interaksi
antar faktor bahkan interaksi keseluruhan faktor.
Berdasarkan latar belakang tersebut akan dilakukan penelitian mengenai
optimasi parameter proses mesin printer 3D Wanhao 5S Mini untuk
mendapatkan kuat tarik tertinggi dan galat dimensi terkecil terhadap part
berbahan polylactic acid (PLA) menggunakan metode 2k factorial design.
1.2. Rumusan Masalah
Belum adanya penelitian yang mengkaji tentang optimasi parameter layer
thickness, temperature dan build angle terhadap mesin printer 3D Wanhao
Duplicator 5S Mini untuk menghasilkan galat dimensi terkecil dan kuat tarik
suatu part menggunakan metode 2k factorial design.
5
1.3. Asumsi dan Batasan Masalah
Asumsi dan batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini menggunakan mesin printer 3D Wanhao Duplikator 5S
Mini yang dimiliki Laboratorium Desain dan Pengembangan Produk
Departemen Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada.
2. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah filament
Polylactic Acid (PLA) berwarna putih dengan diameter 3mm dengan
merk ESUN.
3. Optimasi dilakukan dengan menggunakan metode 2k factorial.
4. Penelitian ini hanya dilakukan untuk memperoleh galat dimensi terkecil
dan kuat tarik tertinggi pada part berbahan baku polylactic acid (PLA).
5. Kondisi lingkungan diasumsikan tetap dan tidak berubah.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Mengetahui nilai parameter proses yang optimal terhadap respon galat
dimensi terkecil menggunakan metode 2k-factorial.
2. Mengetahui nilai parameter proses yang optimal terhadap respon kuat
tarik tertinggi menggunakan metode 2k-factorial.
3. Menentukan nilai parameter proses yang optimal terhadap kombinasi
respon yaitu galat dimensi terkecil dan kuat tarik tertinggi menggunakan
metode 2k-factorial.
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini memberikan manfaat antara lain:
1. Memberikan acuan data mengenai kekuatan tarik dan akurasi dimensi
mesin printer 3D Wanhao Duplikator 5S menggunakan parameter proses
yang optimal.
2. Mendapatkan kualitas produk terbaik yang dihasilkan oleh mesin printer
3D Wanhao Duplikator 5S.