Evaluasi Pengaruh Built Orientation pada Fused Deposition Modeling terhadap Kekuatan Impak Multimaterial PLA-TPU

Dafi'el Haq, Dr. Budi Arifvianto, S.T., M.Biotech

2023 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Fused Deposition Modelling (FDM) merupakan bagian dari metode teknologi Additive manufacturing (AM) untuk membuat objek 3D dengan cara ekstrusi material pada fase  gel yang kemudian akan dikeluarkan dengan nozzle sehingga membentuk sebuah benda yang telah didesain. PLA atau Poly-latctic Acid (PLA) merupakan bioplastik atau plastik organik yang yang umumnya terbuat dari minyak nabati, pati jagung, pati kacang polong dan microbiota. Bahan pembuat TPU (Thermoplastic Polyurethane) terdiri dari polimer segmen poliester dan polieter yang saling dihubungkan dengan rantai poliisosit serta memiliki sifat elastisitas dan ketahanan terhadap tekanan dan gesekan yang tinggi. Ketahanan impak adalah kemampuan  material untuk menyerap energi hingga akhirnya patah. Sifat ini penting diketahui terutama untuk pembuatan produk dengan fungsi utama menerima beban kejut seperti sepeda, rel kereta,dan lain sebagainya. Untuk memaksimalkan sifat ketahanan impak material PLA hasil proses FDM, diperlukan built orientation yang tepat ataupun juga penambahan material lain.

Pada penelitian ini, pengujian impak dilakukan pada material PLA hasil FDM dengan menggunakan metode uji impak Charpy dengan desain spesimen mengacu pada ISO 179-1. Variasi yang digunakan adalah built orientation dan multimaterial PLA-TPU. Built orientation yang digunakan adalah X-axis, Y-axis, dan Z-axis.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai ketahanan impak material PLA tertinggi terdapat pada built orientation Y-axis yaitu sebesar 7,61 kJ/m2. nilai ketahanan impak material PLA terendah terdapat pada built orientation Z-axis yaitu sebesar 4,21 kJ/m2. Dan didapatkan pula bahwa penggunaan multimaterial PLA-TPU memiliki ketahanan impak yang jauh lebih baik dibanding spesimen PLA murni untuk built orientation yang sama yaitu sebesar 47,74 kJ/m2. Berdasarkan analisis one-way ANOVA, maka ditentukan bahwa kekuatan impak tertinggi pada spesimen multimaterial PLA-TPU dengan built orientation Y-axis.

Fused deposition modeling (FDM) is a part of Additive manufacturing (AM) technology method used to create 3D objects by extruding material in a gel phase that is then discharged through a nozzle to form a designed object. PLA or Poly-Lactic Acid (PLA) is a bioplastic or organic plastic commonly made from vegetable oil, cornstarch, pea starch, and microbiota. The material used for TPU (Thermoplastic Polyurethane) consists of segmented polyester and polyether polymers linked together with polysiocy units and exhibits properties of elasticity, high resistance to pressure, and friction. Impact resistance refers to a material's ability to absorb energy until it eventually fractures, a crucial characteristic for products intended to bear shock loads such as bicycles, railway tracks, and others.

To maximize the impact resistance properties of PLA material produced through the FDM process, proper built orientation or the addition of other materials is necessary. In this study, impact tests were conducted on FDM-produced PLA material using the Charpy impact test method with specimen design according to ISO 179-1. The variations examined were built orientations and multi-material PLA-TPU. The used built orientations were X-axis, Y-axis, and Z-axis.

The results showed that the highest impact resistance value of PLA material was observed in the Y-axis built orientation, reaching 7,61 kJ/m². The lowest impact resistance value of PLA material was found in the Z-axis built orientation, measuring 4.21 kJ/m². Moreover, it was found that the use of multi-material PLA-TPU exhibited significantly better impact resistance compared to pure PLA specimens with the same built orientation, measuring 47,74 kJ/m². Based on the one-way ANOVA analysis, it was determined that the highest impact strength was achieved in the multi-material PLA-TPU specimen with the Y-axis built orientation.

Kata Kunci : FDM, Built orientation, Raster orientation, PLA, TPU, Impact resistance, Charpy impact test.