Pengaruh Glass Powder Sebagai Filler Dari Filamen PLA Terhadap Sifat Mekanis pada Proses Manufaktur Menggunakan Mesin FDM

Ilyasa Ihsan Yasin, Ir. Muhammad Akhsin Muflikhun, S. T., MSME., Ph. D.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Penelitian yang berfokus pada penambahan filler pada filamen Polylactic Acid(PLA) kerap terkendala oleh mahalnya biaya bahan filler dan/atau kompleksitas metode pembuatan filamen. Untuk mengatasi masalah tersebut, serbuk kaca menjadi opsi filler yang relatif murah. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh penambahan serbuk kaca sebagai filler terhadap sifat mekanik, termal, dan kimiawi filamen komposit Polylactic Acid (PLA) yang disintesis untuk aplikasi Pencetakan 3D Fused Deposition Modeling (FDM). Filamen komposit dipreparasi melalui metode melt compounding menggunakan Ekstruder Sekrup dengan variasi konsentrasi serbuk kaca 0%, 5%, 10%, dan 15?rat. Spesimen dicetak 3D dan dikarakterisasi melalui uji tarik, lentur, geser, kekerasan, dan Spektroskopi FTIR. 

Hasil uji mekanik menunjukkan bahwa penambahan serbuk kaca menyebabkan penurunan kekuatan tarik, lentur, dan geser yang signifikan dibandingkan dengan PLA murni, dengan performa terendah umumnya tercatat pada konsentrasi 5% wt. Hasil uji kekerasan Shore D menunjukkan tidak ada pengaruh signifikan pada kekerasan permukaan yang disebabkan oleh sifat inheren kaku dari filler. Analisis FTIR mengkonfirmasi tidak adanya interaksi kimiawi (tidak ada pergeseran puncak) antara matriks PLA dan serbuk kaca. 

Disimpulkan bahwa adhesi antarmuka yang buruk antara PLA hidrofobik dan serbuk kaca hidrofilik menjadi faktor dominan di mana filler bertindak sebagai konsentrator tegangan yang mengurangi kekuatan material, meskipun partikel kaku memberikan efek pengaku (stiffening effect) pada modulus. Secara keseluruhan, serbuk kaca dalam rentang konsentrasi ini gagal berfungsi sebagai penguat material dari segi kekuatan.

Research focusing on adding fillers to Polylactic Acid (PLA) filaments is often hampered by the high cost of filler materials and/or the complexity of filament manufacturing methods. To overcome this problem, glass powder is a relatively inexpensive filler option. This study aims to investigate the effect of adding glass powder as a filler on the mechanical, thermal, and chemical properties of Polylactic Acid (PLA) composite filaments synthesized for Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printing applications. The composite filaments were prepared through the melt compounding method using a screw extruder with variations in glass powder concentration of 0%, 5%, 10%, and 15% by weight. The specimens were 3D printed and characterized through tensile, flexural, shear, hardness, and FTIR spectroscopy tests. 

Mechanical test results showed that the addition of glass powder caused a significant decrease in tensile, flexural, and shear strength compared to pure PLA, with the lowest performance generally recorded at a concentration of 5% wt. Shore D hardness test results showed no significant effect on surface hardness due to the inherent rigidity of the filler. FTIR analysis confirmed no chemical interaction (no peak shift) between the PLA matrix and glass powder. 

It is concluded that poor interfacial adhesion between hydrophobic PLA and hydrophilic glass powder is the dominant factor where the filler acts as a stress concentrator that reduces material strength, even though the rigid particles provide a stiffening effect on the modulus. Overall, glass powder in this concentration range fails to function as a material reinforcement in terms of strength.

Kata Kunci : PLA, Serbuk Kaca, FDM, Komposit Partikulat, Adhesi Antarmuka, Konsentrasi Tegangan