Effects of Raster Angles and Material Configurations on the Mechanical Properties of Multi-Material prepared by using Fused Filament Fabrication (FFF)

Adam Zuyyinal Adib, Dr. Budi Arifvianto, S.T., M.Biotech.

2023 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Sejauh ini, Fused Filament Fabrication (FFF) telah menunjukkan kemampuannya untuk mencetak komponen melalui pendekatan MMAM dengan menggunakan satu atau dua nozel terpisah untuk mengekstrusi material secara bersamaan. Oleh karena itu, hasil cetak multi-material dengan sifat yang terkustomisasi dapat diperoleh. Namun, kekuatan ikatan antara kedua material tersebut telah diakui sebagai limitasi dari teknologi ini. Baru-baru ini, beberapa penelitian telah menawarkan beberapa strategi untuk mengatasi masalah ini, sebagai contoh, menyesuaikan konfigurasi material atau mengoptimalkan parameter yang digunakan. Pada penelitian ini, disajikan sifat mekanik hasil cetak yang disusun dengan material PLA dan TPU dalam struktur sandwich. Pengaruh berbagai sudut raster dan jumlah tumpukan lapisan pada hasil cetak PLA/TPU diobservasi dalam hal sifat lentur dan karakteristik permukaan patahan. Selain itu, viskositas lelehan dari material PLA dan TPU juga dilakukan pengujian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan lentur dan modulus hasil cetak yang menurun seiring dengan kenaikan kemiringan raster. Selain itu, ditunjukkan juga mekanisme interlocking antara raster yang bersilangan dapat meningkatkan kekuatan lentur hasil cetak. Di sisi lain, jumlah tumpukan lapisan yang lebih besar dapat berdampak buruk pada kekuatan lentur hasil cetak. Terlebih lagi, distribusi tegangan yang tidak seimbang di seluruh penampang tekuk spesimen dapat menurunkan kekuatan lentur hampir dua kali lipat. Namun, pengaruh konfigurasi material menunjukan fenomena yang berbeda pada orientasi raster yang berbeda. Pada akhirnya, disimpulkan bahwa sudut raster dan konfigurasi material signifikan memengaruhi sifat lentur hasil cetak PLA/TPU.

So far, Fused Filament Fabrication (FFF) has demonstrated its ability to print the part with MMAM approach by using one or two separate nozzles to extrude the materials simultaneously. Therefore, a multi-material part with wide range of properties can be obtained. However, the bonding strength between these two materials has been recognized as the major limitation of this technology. Recently, several studies have offered some strategies to solve this problem, such as by adjusting the material configurations or optimizing the parameters. The current study presents the mechanical properties of printed parts that were composed by PLA and TPU materials which arranged in a sandwich-like structure. The influences of various raster angles and the number of layer stack materials on PLA/TPU printed parts were examined in terms of their flexural properties and failure characteristics. In addition, the characteristic of melt viscosity of PLA and TPU materials was also determined. The results showed that the flexural strength and modulus of the printed parts decreased with the greater raster inclination. In addition, it was demonstrated interlocking between the adjacent crossed raster could increase the flexural strength of the printed parts. On the other hand, greater stack of material layers could adversely impact the flexural strength of the printed parts. Besides, imbalance stress distribution across the flexural cross-section of the printed part decreased the flexural strength almost twice. However, the influences of material configurations can be contrasted at different raster orientations. In the end, raster angles and material configurations obviously affect the flexural properties of PLA/TPU printed parts significantly.

Kata Kunci : Fused Filament Fabrication (FFF), PLA, TPU, raster angle, sandwich-like structure