Optimasi Parameter Mesin 3D Printer Fused Deposition Modeling untuk Material Biokomposit (Sagu/PMMA) Menggunakan Metode Fractional Factorial Design

IBNU ABDUL ROSID, Ir. Alva Edy Tontowi, M.Sc., Ph.D.

2020 | Tesis | MAGISTER TEKNIK INDUSTRI

Bone graft digunakan sebagai salah satu solusi dalam penanganan pada kerusakan tulang yang diakibatkan karena insiden. Salah satu material untuk pembuatan bone graft adalah PMMA, dimana PMMA dapat dikombinasikan dengan material lain untuk meningkatkan properti mekanik, bioactivity dan mengurangi less compatible. Material yang telah dikembangakan sebagai matrerial bone graft sintetis adalah material biokomposit (Sagu/PMMA), dengan perbandingan sagu : PMMA = 1 : 1 (v/v), sagu digunakan sebagai matriks dan sebagai campuran material agar waktu solidifikasi menjadi lebih panjang, sehingga material dapat dicetak.Pada penelitian ini mesin 3D Printer FDM customized digunakan sebagai alat untuk melakukan printing material biokomposit grafting. Tujuan dari penelitian ini adalah meminimalkan error dimensi hasil printing material biokomposit grafting dengan menggunakan mesin 3D Printer FDM customized. Mesin 3D Printer yang digunakan menggunakan sistem pneumatik untuk mendorong material dari container ke dalam chamber, sedangkan sistem rotating screw digunakan untuk mendorong material dalam chamber keluar melalui nozzle, dengan diameter nozzle sebesar 3,45 mm. Design of experiment yang digunakan adalah fractional factorial design sebagai metode optimasi dengan 3 parameter, 2 level dan 3 respon. Hasil eksperimen didapatkan spesimen hasil printing yang memiliki perbedaan bentuk secara visual dengan desain CAD. Hasil dari analisis perhitungan statistik didapatkan parameter layer height memiliki pengaruh yang signifikan terhadap error dimensi x sedangkan hasil analisis optimasi didapatkan kombinasi optimal untuk mendapatkan error dimensi terkecil yaitu print speed sebesar 25 mm/s, layer height sebesar 2,93 mm dan fill density sebesar 20 % dengan hasil error dimensi x sebesar 0,016, error dimensi y sebesar 0,069 dan error dimensi z sebesar 0,4539, dengan selisih (gap) error dimensi dengan rata-rata hasil optimasi lebih kecil dibanding dengan hasil eksperimen dengan nilai error dimensi x sebesar 0,014, error dimensi y sebesar 0,3612 dan error dimensi z sebesar 0,069. Pada analisis penyusutan didapatkan besar penyusutan volume spesimen sebesar 6,480 %.

Bone graft is used as a solution for fracture bone that is caused by accident. PMMA is a material for bone cement, PMMA can be combined with other materials to improve its mechanical properties, bioactivity and reduce its less compability. Material that was developed as synthetic bone graft is biocomposite [Sagoo/PMMA], with sago : PMMA ratio is 1 : 1 (w/w). Sago is used as matrix and compound material that order to solidification time became longer, then material can be printed. In this research FDM 3D Printer customized is used as tool for printing biocompsite material machine. The objective of this research is minimize error dimension on printing result of grafting biocomposite with using 3D Printer FDM customized machine. 3D Printer machine in this research used pneumatic system for extruding material from container into chamber, rotating screw system is used in extruding material in the chamber for passing the material through nozzle, used 3,45 mm nozzle diameter. Design of experiment that be used was fractional factorial design as optimization method, with 3 factors, 2 levels and 3 responses. The experiment result was found that speciment had different form than CAD design. The result of calculated analysis was found layer height factor had effect for x error dimension significantly, the results optimized combination analysis for produce minimum error dimention were print speed was 25 mm/s, layer height was 2,93 mm and fill density was 20 % with result for error dimension x was 0,016, error dimension y was 0,069 and error dimension z was 0,4539, with gap of error dimension and the result of optimizing result was smaller than the experiment result with error dimension value for x was 0,014, error dimensi value for y was 0,3612 and error dimension value for z was 0,069. The value of shrinkage anlysis for volume specimen was 6,480 %.

Kata Kunci : Bone Graft, Biokomposit, Sagu, PMMA, 3D Printer, Error Dimensi, Optimasi