UNIKOM

Inovasi Tongkat Canadian Multifungsi Berbasis 3D Printing Limbah Plastik ABS/PETG

6–9 minutes

PENDAHULUAN

Jujur saja, kita sedang menghadapi dua masalah besar yang sepertinya tidak nyambung, tapi sebenarnya bisa kita hubungkan: Sampah Plastik dan Mahalnya Alat Kesehatan.

Pertama, soal sampah. Kita tahu Indonesia adalah salah satu penyumbang sampah plastik terbesar. Botol minum, casing elektronik bekas, mainan rusak, itu semua seringkali berakhir di TPA atau laut. Plastik jenis ABS (biasanya dari elektronik) dan PETG (dari botol kemasan tebal) itu material yang “bandel” susah terurai tapi sebenarnya punya sifat mekanik yang kuat banget. Sayang kan kalau cuma jadi sampah?

Kedua, soal alat bantu difabel. Teman-teman kita yang sedang masa pemulihan cedera kaki atau penyandang disabilitas membutuhkan tongkat penyangga. Salah satu yang paling ergonomis adalah jenis tongkat siku. Masalahnya, harga tongkat Canadian yang berkualitas biasanya impor bahan aluminium itu mahal, bisa ratusan ribu hingga jutaan rupiah. Yang murah? Biasanya berat, karatan, atau grip-nya bikin tangan lecet.

Di sinilah ide kami muncul: Kenapa kita nggak pakai sampah plastik kuat tadi buat bikin tongkat murah tapi canggih? Dengan teknologi 3D Printing, kita bisa bikin desain yang kompleks, sesuai tinggi badan pengguna, dan tentu saja, multifungsi.

Rumusan Masalah

Dari keresahan di atas, ada beberapa poin yang ingin kami jawab melalui eksperimen ini:

  1. Bagaimana cara mengolah limbah ABS/PETG menjadi filamen 3D printing yang layak cetak?
  2. Bagaimana desain tongkat Canadian yang ergonomis dan mampu menahan beban tubuh manusia minimal 100 kg?
  3. Apa saja fitur multifungsi yang bisa ditambahkan agar tongkat ini lebih dari sekadar alat penyangga?

Limbah Plastik ABS dan PETG

  • ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): Ini plastik favorit buat casing barang elektronik atau mainan lego. Sifatnya keras, tahan benturan, dan tahan panas. Cocok banget buat bagian tongkat yang butuh kekakuan tinggi.
  • PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol): Ini sepupunya botol air mineral (PET), tapi ada tambahan “Glycol” biar nggak gampang rapuh. Sifatnya sedikit lebih fleksibel dari ABS, tahan bahan kimia, dan gampang dicetak. Ini cocok buat bagian handle atau cuff (penyangga lengan).

Mengolah kedua bahan ini menjadi filamen 3D printing adalah kunci dari aspek “Go Green” proyek ini.

Teknologi 3D Printing (FDM)

Kami menggunakan metode Fused Deposition Modeling (FDM). Karena mesinnya terjangkau dan materialnya murah. Prinsipnya kayak lem tembak tapi dikontrol komputer dengan presisi tinggi. Kita bisa mengatur kepadatan isi tongkat. Bagian luar padat, bagian dalam bisa dibuat pola sarang lebah biar ringan tapi tetap kuat menahan beban.

Ergonomi Tongkat Canadian

Tongkat Canadian bertumpu pada tangan dan lengan bawah. Desain yang buruk bisa bikin nyeri pergelangan tangan. Jadi, desain kami harus memiringkan grip sekitar 15-30 derajat untuk mengikuti posisi alami pergelangan tangan, bukan lurus kaku 90 derajat.

Studi Eksplorasi Material: Mengapa ABS dan PETG?

Sebelum masuk ke desain, mari kita bahas kenapa kita “kekeuh” pakai limbah ini. Kami melakukan studi literatur dan uji bakar sederhana untuk memvalidasi material limbah.

  1. Karakteristik Limbah ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene):
    • Sumber: Kami memburu limbah casing monitor komputer jadul, body printer rusak, dan mainan anak-anak.
    • Alasan Teknis: ABS punya Glass Transition Temperature (Tg) sekitar 105°C. Artinya, dia nggak akan meleot kalau dipakai jalan di aspal panas siang bolong. Selain itu, ABS punya sifat impact resistance (tahan benturan) yang juara. Kalau tongkat jatuh (dan pasti akan sering jatuh), ABS mungkin lecet, tapi tidak mudah pecah berkeping-keping seperti akrilik.
    • Tantangan: ABS itu “drama” saat dicetak. Dia mudah menyusut saat pendinginan, yang bikin hasil cetakan melengkung. Ini tantangan teknis yang harus kami selesaikan di pengaturan mesin.
  2. Karakteristik Limbah PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol):
    • Sumber: Galon air sekali pakai dan kemasan kosmetik tebal.
    • Alasan Teknis: PETG adalah middle-ground yang sempurna. Dia sekuat ABS tapi semudah mencetak PLA. Keunggulan utamanya adalah rekatan antar lapisan yang sangat kuat. Ini vital untuk bagian yang menahan beban tarik. Plus, dia tahan bahan kimia (tahan keringat tangan, alkohol, bensin).

Rekayasa Desain (CAD & Topology Optimization)

Kami tidak sekadar menggambar tongkat. Kami melakukan proses Reverse Engineering dan Topology Optimization.

  • Fase 1: Reverse Engineering. Kami meminjam tongkat Canadian standar medis, lalu mengukurnya menggunakan jangka sorong digital dengan ketelitian 0.01 mm. Dimensi kritis yang kami ambil:
    • Diameter Cuff (lengan): 9-11 cm (dibuat terbuka agar muat berbagai ukuran lengan).
    • Sudut Kemiringan Handle: 15 derajat terhadap sumbu vertikal. Ini angka keramat Jika 0 derajat tegak lurus, pergelangan tangan pengguna akan cepat lelah. Jika terlalu miring, tumpuan jadi tidak stabil.
    • Tinggi Total: Dibuat adjustable dengan sistem pasak setiap interval 2.5 cm.
  • Fase 2: Modularitas untuk Mesin FDM. Printer 3D rata-rata mahasiswa (seperti Ender 3 atau Prusa i3) hanya punya volume cetak 22x22x25 cm. Tongkat itu panjangnya bisa 90 cm. Solusinya Potong-potong.
    • Part A (Top Cuff): Penyangga siku.
    • Part B (Grip Handle): Tempat tangan menggenggam + rumah elektronik.
    • Part C (Shaft Connector): Penghubung batang.
    • Part D (Base): Kaki bawah.
    • Inovasi Sambungan: Kami mendesain ulir trapesium pada sambungan antar part. Kenapa trapesium Karena lebih kuat menahan beban aksial daripada ulir segitiga biasa. Ditambah lagi, kami siapkan lubang untuk baut M5 stainless steel yang menembus sambungan (sistem cross-bolt) agar tongkat tidak berputar sendiri saat dipakai.

Konversi Limbah ke Filamen (The Maker’s Chef)

Ini adalah proses paling kotor tapi paling seru. Kami menggunakan mesin Filament Extruder rakitan (seperti seri Filastruder atau Precious Plastic).

  1. Pencucian & Sortir: Plastik harus bersih dari stiker, lem, dan minyak. Sedikit saja ada minyak, hasil cetakan bisa gagal total. Kami menggunakan larutan NaOH (soda api) encer untuk merontokkan kotoran organik.
  2. Drying (Pengeringan): Ini yang sering dilupakan pemula. Plastik itu higroskopis (menyerap air dari udara). Jika pelet plastik basah dimasukkan ke ekstruder, air akan mendidih di dalam, menciptakan gelembung udara di dalam filamen. Hasilnya Filamen jadi rapuh dan “meletup-letup” saat dicetak. Kami mengoven pelet plastik pada suhu 60°C selama 4 jam sebelum ekstrusi.
  3. Parameter Ekstrusi:
    • Suhu Nozzle Ekstruder: 235°C (ABS) / 240°C (PETG).
    • Target Diameter: 1.75 mm dengan toleransi +/- 0.05 mm. Jika diameter tidak konsisten (kadang besar, kadang kecil), nanti printer 3D akan macet (clogging).

EKSPERIMEN PENCETAKAN DAN PENGUJIAN

Parameter Slicing (Rahasia Kekuatan)

Kami menggunakan software Ultimaker Cura 5.0. Di sinilah “sihir” nya terjadi. Tongkat tidak boleh dicetak dengan setingan standar

  • Orientasi Cetak (Z-Axis Orientation):
    • Masalah: Hasil cetak 3D itu paling lemah di sumbu Z. Kalau kita cetak tongkat dalam posisi berdiri tegak, dia akan mudah patah jadi dua bagian saat ditekan.
    • Solusi: Kami mencetak bagian batang utama dengan posisi tidur (horizontal). Dengan begini, serat plastiknya memanjang searah dengan tongkat. Beban tubuh akan ditahan oleh panjang serat filamen, bukan oleh rekatan antar-layer. Kekuatannya meningkat 3x lipat.
  • Dinding (Perimeters/Shells): Kami set 5 Wall Lines (sekitar 2mm tebal dinding solid). Kebanyakan beban ditahan oleh kulit luar ini.
  • Pola Infill (Isian Dalam):
    • Kami tidak menggunakan pola Grid atau Lines biasa. Kami menggunakan pola Gyroid.
    • Secara matematis, pola ini menyebarkan tekanan ke segala arah. Selain itu, pola Gyroid memungkinkan cairan resin atau lem masuk dengan mudah jika kita mau memperkuat bagian dalam tongkat di masa depan. Kepadatan infill kami set di 40% untuk batang, dan 100% solid untuk sambungan baut.

Studi Kasus Kegagalan (Troubleshooting)

Jujur saja, eksperimen ini tidak langsung berhasil. Kami mengalami beberapa kegagalan yang menjadi pelajaran berharga:

  1. Kasus Warping pada ABS: Pada percobaan pertama mencetak Cuff, bagian bawahnya melengkung ke atas lepas dari meja cetak.
    • Analisis: Suhu ruangan terlalu dingin, menyebabkan pendinginan tidak merata.
    • Perbaikan: Kami membuat kotak penutup sederhana dari kardus bekas untuk printer, menjaga suhu ruang cetak tetap hangat sekitar 40-50°C, dan menggunakan lem kertas di atas kaca bed. Hasilnya Cetakan mulus dan rata.
  2. Kasus Stringing pada PETG: Pada cetakan Handle, banyak benang-benang halus sisa plastik.
    • Analisis: PETG sangat cair saat panas. Settingan penarikan filamen saat nozzle pindah kurang agresif.
    • Perbaikan: Meningkatkan Retraction Distance dari 5mm menjadi 6.5mm dan Travel Speed dinaikkan ke 150 mm/s.

Uji Beban Statis (Static Load Test)

Kami merakit alat uji sederhana menggunakan rangka besi dan dongkrak hidrolik.

  • Prosedur: Tongkat diposisikan vertikal. Beban diberikan perlahan dari atas. Kami menggunakan Load Cell sensor yang terhubung ke Arduino untuk mencatat grafik tekanan.
  • Hasil:
    • Pada beban 0-80 kg: Tidak ada perubahan bentuk. Tongkat kokoh.
    • Pada beban 100 kg: Terjadi pelengkungan elastis sekitar 2-3 mm pada batang tengah. Ini normal dan justru bagus sebagai peredam kejut.
    • Pada beban 145 kg: Terdengar suara “krek”. Sambungan ulir mulai mengalami stres berlebih.
    • Kesimpulan: Faktor Keamanan produk ini adalah 1.4 untuk pengguna dengan berat badan 100 kg. Ini sudah masuk kategori aman untuk penggunaan mobilitas harian (bukan untuk olahraga ekstrem).

Integrasi Fitur Cerdas (Smart Features)

Ini yang membedakan tongkat kami dengan tongkat besi biasa.

  • Sistem Pencahayaan: Kami menyolder rangkaian LED 3 Watt dengan resistor 220 Ohm, ditenagai baterai Li-Po 18650 bekas laptop lagi-lagi limbah. Kami mendesain tutup baterai dengan sistem screw-cap di ujung handle agar mudah diganti.
  • Grip Ergonomis Bertekstur: Pada desain handle, kami menambahkan tekstur gerigi halus langsung dari cetakan 3D. Tujuannya agar tangan tidak licin saat berkeringat. Ini kelebihan 3D printing: membuat tekstur rumit itu gratis, tidak menambah biaya produksi.

Kesimpulan

Eksperimen ini membuktikan bahwa sampah bukan sekadar sampah. Dengan sentuhan teknologi 3D Printing, limbah ABS dan PETG bisa “naik kelas” menjadi alat kesehatan fungsional.

  1. Tongkat Canadian berbasis limbah plastik memiliki kekuatan struktur yang memenuhi standar keamanan (tahan beban >100kg).
  2. Inovasi multifungsi (Lampu, Kompartemen) memberikan nilai tambah yang tidak dimiliki tongkat konvensional murah.
  3. Secara ekonomi, produk ini sangat layak untuk dikembangkan lebih lanjut atau diproduksi skala UMKM.

DAFTAR PUSTAKA

  1. ASTM International. (2020). Standard Specification for Additive Manufacturing File Format (AMF).
  2. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. Springer.
  3. World Health Organization. (2018). Priority Assistive Products List (APL).