Minggu ini saya mencoba merakit sebuah model rotary engine hasil 3D printing. Semua komponen terlihat baik-baik saja hingga proses assembly berlangsung. Saat mencoba melepas dan menyelaraskan salah satu bagian karena penasaran dengan mekanismenya, saya terpaksa tarik shaft dengan keras karena fit antara shaft dan lubangnya sangat kencang. Setelah beberapa percobaan menarik shaft tersebut dengan sekuat tenaga, terdengar suara yang cukup familiar bagi para engineer:

“Pletek.”

Suara tersebut membuat saya lega setidaknya dua detik sebelum menyadari apa yang terjadi. Saya tidak jadi lega setelah melihat shaftnya putus menjadi dua bagian.

Ya, putus. Bukan patah. Dan putusnya berada di area yang sangat menarik, seakan shaft tersebut memilih sendiri area itu. Anyway, filamennya masih fresh dan desainnya tidak masalah karena shaft dapat dimasukkan ke semua hole di komponen-komponen yang tercetak tanpa alat bantu apapun.

Pertama, penampang putus berada pada area yang terlihat perbedaan diameternya. Kedua, dari dua posisi yang terlihat perbedaan bentuk penampang, shaft tersebut memilih patah di area penampang yang paling dekat bagian tengah. Coba kita lihat Gambar 1.

Gambar 1. Penampang 3D printed shaft rotary engine yang putus.

Seketika jiwa ilmuwan saya menyebabkan peralihan dari seorang perakit menjadi seorang investigator.

Kegagalan pada material shaft di posisi ini sangat mungkin terjadi akibat tegangan tarik (tensile stress) yang muncul selama proses perakitan. Secara sederhana, tegangan tarik dapat dihitung menggunakan persamaan (1):

Di mana σ adalah tegangan tarik (Pa), F Adalah gaya tarik (N) sejajar sumbu benda, dan A adalah luas penampang (m2).

Persamaan (1) menunjukkan bahwa semakin kecil kuas penampang suatu poros atau semakin besar gaya yang diterima oleh poros, semakin besar tegangan yang diterima untuk gaya yang sama. Pada komponen hasil 3D printing, kondisi ini dapat diperparah oleh orientasi layer dan kualitas ikatan antar-layer.

Dari kejadian sederhana ini, saya belajar bahwa kegagalan mekanis tidak selalu terjadi saat komponen bekerja pada beban tinggi. Terkadang, proses perakitan yang tampak sepele justru menjadi penyebab utama kegagalan mekanis. Suara “Tek” tersebut menjadi pengingat bahwa setiap desain selalu memiliki batas kekuatan.

Final Verdict

Ternyata, tidak hanya manusia yang bisa menangis karena tegangan hidup. Shaft rotor juga bisa menangis karena tegangan tarik, tapi bunyinya “Pletek”.

SDG: