Proposal TA Farza Anugrah [PDF]

Citation preview

KAJIAN EKSPERIMENTAL PEFORMA MESIN CNC PLASMA CUTTER PADA PENGERJAAN PLAT PROPOSAL Diajukan Untuk Memenuhi Syarat-Syarat Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Sarjana Teknik Mesin



Oleh: Farza Anugrah Pratama 2017110067



PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK INSTITUT TEKNOLOGI PADANG



ABSTRAK Engraving merupakan suatu teknik untuk membuat ukiran halus yang telah lama dan penting dalam seni grafis. Secara historis, engraving juga menjadi bagian metode yang penting untuk membuat map, karya seni grafis dan produk komersial seperti buku dan majalah. Tidak hanya itu, engraving juga dapat digabungkan dengan teknik lain, seperti mezzotint (teknik cetak dalam menggunakan plat logam) dan etching (teknik pembuat dimensi atau kedalaman material). Banyak ahli cetak menggunakan teknik campuran tersebut. Engraving memiliki teknik yang lumayan sulit untuk dipelajari, tidak seperti etching, karena itulah etching lebih banyak dipakai untuk teknik lainnya dalam seni grafis. Akan tetapi, dengan seiring perkembangan zaman dan teknologi, engraving dapat dilakukan dengan berbantuan peralatan dan mesin modern seperti Mesin CNC. Pada penelitian ini diusulkan sebuah rancangan Mesin CNC untuk melakukan proses engraving dengan laser (disebut dengan Mesin CNC Plasma Engraver). Untuk mewujudkan sebuah Mesin CNC Plasma Engraver ini, perlu terlebih dahulu dilakukan tahapan perancangan, baik perancangan geometri mesin berdasarkan area kerja yang diinginkan maupun analisis struktur mesin berdasarkan kondisi dan beban kerja mesin. Hal ini sangat penting dilakukan agar terwujud sebuah rancangan Mesin CNC Plasma Engraver yang dapat menjadi referensi bagi yang akan membuatnya agar terwujud mesin yang layak guna. Pada penelitian ini, dirancang terlebih dahulu geometri utama mesin agar posisi kerja laser (area kerja dan ketinggian mata laser) terhadap material engraving dapat terpenuhi. Pada tahap ini ditentukan geometri unit penggerak laser searah Sumbu-Z untuk membantu ketika menyetel ketinggian mata laser dari material engraving, geometri unit penggerak laser searah Sumbu-X dan Sumbu-Y untuk memenuhi area engraving, dan geomteri dudukan material engraving. Kemudian dilanjutkan dengan analisis struktur mesin berdasarkan kondisi dan beban kerja mesin untuk memperoleh dimensi dan material yang sesuai. Perancangan dan analisis struktur Mesin CNC Laser Engraver yang diusulkan ini akan dilakukan dengan berbantuan perangkat lunak Microsoft Excel dan Autodesk Inventor.



Kata kunci: Mesin CNC Plasma Engraver , Motor Stepper, Spindel, Software Computer Aided



Manufaktur, Universal G-code Sender, Akurasi gerak dan pembuatan



jalur dan pengukiran pada akrilik .



i



UCAPAN TERIMA KASIH Pengusul mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga pengusul dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir (Proposal TA) ini yang berjudul “Analisis Peforma Mesin CNC Plasma Engraver pada Akrilik”. Proposal TA ini disusun untuk memenuhi salah satu tahapan untuk menyelesaikan Tugas Akhir (TA) yang menjadi salah satu syarat penyelasaikan studi pada Program Studi Teknik Mesin Sarjan Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Padang. Dalam menyusun Proposal TA ini, pengusul mendapatkan banyak bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini pengusul menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Bapak Ir. Drs. H. ANDRINAL, S.E., M.T. selaku Pembimbing TA yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyelesaian Proposal TA ini. Di samping itu, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.



Bapak Dr. Ir. H. Hendri Nofrianto, M.T., selaku Rektor Institut Teknologi Padang.



2.



Ibu Maidiawati, Dr.Eng., selaku Dekan Fakultas Teknik Institut Teknologi Padang.



3.



Bapak Hendriwan Fahmi, S.T., M.T., selaku Ketua Program Sudi Teknik Mesin Sarjana Institut Teknologi Padang.



4.



Kedua orang tua yang selalu mendo’akan penulis, mencurahkan kasih sayang, memberikan motivasi, dan telah mendidik penulis selama ini.



5.



Saudara/saudariku yang selalu memberikan doa dan dorongan semangat dalam menyusun Proposal TA ini.



6.



Teman-teman senasib dan seperjuangan yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Proposal TA ini.



7.



Seluruh pihak yang terkait yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu. Akhir kata, semoga Proposal PA ini dapat memberikan arti dan manfaat bagi



perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Padang, 23 Juni 2021 Pengusul,



FARZA ANUGRAH PRATAMA ii



DAFTAR ISI



iii



iv



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang



Seni ukir diartikan sebagai ragam hias yang bersifat kruwikan, buledan, sambungmenyambung, dan merupakan bentuk lukisan yang indah. Berdasarkan pengertian tersebut dapat dilihat bahwa seni ukir juga merupakan suatu gambaran yang dibuat oleh manusia pada suatu permukaan yang dikerjakan sedemikian rupa dengan alat-alat tertentu sehingga permukaan yang asal mulanya rata menjadi tidak rata, namun tetap terlihat indah dan estetik. Sudarmono dan Sukijo (1979) dalam Pengetahuan Teknologi Kerajinan Ukir Kayu mengemukakan, ukir atau mengukir adalah menggoreskan atau memahat huruf-huruf dan gambar pada kayu atau logam sehingga menghasilkan bentuk timbul dan cekung atau datar sesuai dengan gambar rencana. Dari pengertian tersebut, salah satu ciri dari seni ukir adalah mempunyai tekstur timbul sehingga membentuk corak khas dari seni ukiran itu sendiri. Tekstur dalam ukiran dapat diperoleh dengan menggunakan unsur warna, garis, raut yang mempunyai hasil nilai raba yang berbeda-beda. Seperti misalnya tekstur kayu tentu akan berbeda dengan tekstur batu. Berdasarkan tekstur dan motifnya, Indonesia mempunyai berbagai macam jenis tekstur, seperti motif hias percandian dan motif hias kedaerahan. Menurut Puji Lestari (2009) dalam buku Antropologi, kehadiran seni ukir di Indonesia sebenarnya telah tumbuh pada zaman purba ketika kesenian Indonesia menerima unsur-unsur seni Hindu. Dalam perkembangan waktu yang cukup lama, seni ukir menjadi milik bangsa Indonesia dan diwujudkan dalam mengisi dinding-dinding arsitekturnya. Hal ini dapat dilihat pada seni bangunan percandian yang memiliki karya-karya batu ornamentik yang indah. Seperti misalnya, seni arca. Seni arca berasal dari bangsa Hindu, tetapi mereka mengatakan bahwa yang membuat candi dan arca di Dieng adalah orang Jawa sendiri. Seniman tersebut menciptakan bangunan di Dieng berdasarkan pengetahuan dari guru-guru mereka yang berasal dari India. Dengan demikian seni bangunan dan seni arca yang ada di Indonesia mempunyai corak tersendiri sebagai hasil dari kreativitas orang Indonesia. Usaha pemeliharaan dan pengembangan seni ukir klasik ini dipertahankan terus dari bentuk serta keindahannya, sehingga mencapai puncak perkembangannya pada zaman keemasan kerajaan Majapahit di Jawa Timur. Namun Sejalan dengan masa suramnya kerajaan Majapahit, berkembanglah agama Islam serta peradabannya di Jawa, khususnya di pantai utara Jawa. Bila pertumbuhan seni ukir diawali dengan masuknya agama Hindu di Jawa, maka berkembangnya seni ukir seiring dengan berkembangnya kebudayaan Islam yang berpusat di 1



kesultanan Demak melalui proses akulturasi. Dalam banyak hal kebudayaan Islam memang sangat berpengaruh terutama dalam pelarangan mewujudkan bentuk-bentuk figur ataupun makhluk hidup dalam setiap unsur ukiran. Hal ini dibuktikan dengan lahirnya bentuk-bentuk yang telah distilir dari makhluk hidup tersebut. Proses mengukir (engraving) dan peralatannya pada saat ini berkembang sangat pesat. Di dunia Industri, mesin-mesin engraver telah berupa Mesin CNC. Mesin CNC (Computer Numerical Control) adalah suatu sistem yang pada dasarnya mengubah bahasa program (GCode) menjadi gerakan-gerakan axis pada mesin. Pada rangkaian sistem CNC terdapat komputer yang berfungsi mengubah karakter G-Code ke bahasa mesin yang kemudian diproses dan dikirim kepada masingmasing driver motor dalam bentuk sinyal, baik sinyal analog maupun digital (Harrizal, dkk (2017)) CNC beragam jenis dilihat dari media yang digunakan, yaitu: CNC Router (media cutter atau mata bor), CNC Plasma (media laser atau api), CNC Water (air), CNC Air (udara), dll. CNC sudah sangat banyak digunakan di Industri besar dan merupakan suatu alat yang wajib ada di dalam industri manufaktur baik dengan alasan kepresisian atau dengan efisiensi produksi. Dalam dunia industri perkembang mesin CNC modern, kinerja atau kemampuan mesin makin meningkat terus dengan bentuk mesin yang sederhana dan rapi dengan fitur desain semakin komplek dan canggih, dan juga menggunakan teknologi terkini sehingga dapat bekerja lebih efisien dan praktis. Komponen-komponen mesin CNC ini dapat dikontrol gerakannya (start, aselerasi, deselerasi dan stop) dinamakan sebagai sumbu mesin. Dunia industri saat ini khususnya di indonesia sudah sangat banyak produk manufaktur yang di hasilkan namun tidak dengan kualitas dan produksi yang tinggi. Itu dibuktikan dengan banyaknya ditemui produk pekerjaan tangan atau hand made (bersifat masih manual menggunakan tangan manusia). Saat ini penggunaan mesin CNC hampir terdapat disegala bidang. Dari bidang industri manufaktur, riset dan lembaga pendidikan. Pada lembaga pendidikan khususnya perguruan tinggi biasanya mengunakan mesin EMCO CNC turning training unit 2 axis (TU-2A) dan milling training unit 3 axis (TU-3A) sebagai sarana praktikum pada mahasiswa. Namun pada saat di Institut Teknoogi Padang mesin perkakas yang digunakan masih berbasis atau di gerakkan manual oleh operator, sehingga diperlukan peratan permesinan yang digerakkan oleh kontroler yang dibantu dengan pemograman dengan menggunakan komputer yang mampu mengedukasi mahasiswa tentang pemesinan modren yang tengah berkembang saat ini ketika sedang melaksanakan praktikum. Berdasarkan fakta di atas, inti dari penelitian ini adalah bertujuan untuk menganalisa peforma 2



mesin CNC Plasma Cutter yang harganya terjangkau namun cara kerja dan pemogramannya hampir sama dengan mesin CNC Plasma pada umumnya. .2



Perumusan Masalah



Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka dirumuskan permasalahan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah : 1.



Bagaimana proses pengujian performa mesin dan menentukan akurasi gerak menulis dikertas milimeter menggunakan pena.



2.



Bagaimana proses pembuatan desain serta pengujian jalur dan pengukiran dengan gerak pada Mesin CNC Laser Cutter?



3.



Menentukan hasil performa mesin dan tingkat akurasi pengujian gerak mesin serta kesalahan yang diperoleh Mesin CNC Plasma Cutter ?



4.



Menentukan hasil pengujian pembuatan jalur dan pengukiran pada mesin serta kesalahan yang diperoleh Mesin CNC Plasma Cutter ?



1.3



Batasan Masalah



Adapun Batasan Masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mesin CNC Plasma Cutter yang menjadi objek penelitian pada sumbu Z yaitu menulis dengan pena ukuran (0,3mm), dan pembuatan jalur dan pengukiran pada Mesin CNC Plasma cutter. 2. Desain rangkaian dan layout akrilik menggukan software Proteus 8 Professional. 3.



G-Code dari pembuatan garis dan desain gambar dihasilkan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak yaitu Vetric Aspire versi 9.5.1. dengan Toolpaths Quick Engrave dan Drilling.



4. Konfigurasi gerak pengujian Mesin CNC Laser Cutter menggunakan Universal G-Code Sender (UGS) versi 2.0. 5. Pengujian pada kertas milimeter membuat 3 bentuk pengujian garis lurus X dan Y , melingkar CCW dan CW , diagonal 1 dan 2 menggunakan pena, kerja mesin sesuai dengan jarak dan bentuk yang presisi.. 6. Pengujian membuat ukiran kemampuan mesin menggunakan Laser Engraving, ukiran sesuai pada jalur yang digambar mesin dengan ukuran kedalaman pelubangan (2 mm) bergerak dari atas permukaan akrilik pada meja kerja alat.



3



.4



Tujuan



Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui performa akurasi gerak mesin dikertas milimeter, dan pengujian pembuatan jalur dan pengukiran dengan Mesin CNC Laserr Cuterr. 1.5



Manfaat



Manfaat yang diharapkan dari hasil Tugas Akhir ini adalah : 1.



Pembelajaran mengenai Mesin CNC Laser Engraver yang didapat dari Tugas Ahkir ini.



2.



Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini dapat menjadi referensi bagi peneliti lain dalam pengembangan Mesin CNC Laser Engraver dengan Motor Stepper .



3.



Dapat mengetahui cara pengujian Mesin CNC Laser Engraver.



4.



Sebagai sarana untuk mengaplikasikan ilmu yang telah didapat selama di perkuliahan dengan menganalisa dan menciptakan mesin sederhana yang bermanfaat.



5.



Sebagai acuan dalam memberikan masukan yang positif terhadap pengembangan dan pemberdayaan Tugas Akhir Mahasiswa.



BAB II LANDASAN TEORI 4



2.1



Studi Literatur Menurut penelitian Irawan Malik dan kawan-kawan (2019) Dari hasil Rancang Bangun Mesin



CNC Engraver Mini Sebagai Alat Bantu Pembelajaran dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Penelitian ini berkaitan dengan mendesain, membuat dan menguji prototipe mesin CNC engraver mini yang mampu digunakan untuk mengukir sirkuit di PCB dan ukiran artistik di kayu, akrilik dan lain sebagainya dengan fokus penelitian ini pada penggunaannya untuk menguji keakurasian hasil pengerjaan milling bentuk persegi berukuran X = 20 mm, Y = 15 mm dan Z = 2 mm. Pengaturan perangkat keras dengan kombinasi G-code ini memberikan akurasi yang lebih baik dan mengurangi beban kerja. Kode G mempermudah pencarian informasi lokasi semua langkah motor, karena status motor yang bergerak secara langsung terlihat di komputer sehingga operator dapat memulai atau menghentikan mesin kapan pun dibutuhkan.



Menurut penelitian Aris Eko Saputro, Mochammad Darwis (2020) Dari hasil Rancang Bangun Mesin Laser Engraver and Cutter Untuk Membuat Kemasan Modul Praktikum Berbahan Akrilik dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Dari penelitian pembuatan purwarupa dari mesin laser engraver, menunjukkan bahwa alat dapat dibuat dengan baik dan dapat memotong akrilik dengan ketebalan 2 mm. Untuk penelitian selanjutnya, dapat diujikan pada bahan akrilik dengan ketebalan diatas 2 mm.



Menurut penelitian Hafiz Ramadhani, Syafri (2018) Dari hasil Perancangan Dan Analisis Struktur Mekanik Prototipe Laser Cutting dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil perancangan dan analisis statik mesin prototype Laser Cutting dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Dari hasil perancangan didapatkan desain rancangan dengan spesifikasi dimensi panjang 700mm x lebar 600 mm x tinggi 1000 mm. 2. Dari hasil analisis tegangan maksimal yang terjadi pada sumbu y 0,21 MPa serta pada sumbu x 1,19 MPa.. 3. Defleksi yang terjadi sebesar mm pada sumbu y dan pada sumbu x sebesar mm. 2.2



Engraving Engraving atau ukiran adalah teknik seni grafis yang melibatkan membuat sayatan



ke dalam pelat logam yang menahan tinta dan membentuk gambar yang dicetak. Desain engraving atau ukiran secara manual diiris menjadi pelat. Engraving menggunakan burin, istilah alat engraving seperti pahat yang halus dengan ujung berbentuk permen. Engraving merupakan teknik lama dan penting diseni grafis. Secara historis, engraving menjadi bagian metode yang penting untuk membuat map, karya seni grafis dan produk komersial seperti 5



buku dan majalah. Tidak hanya itu engraving juga dapat digabungkan dengan teknik lain seperti mezzotint (teknik cetak dalam menggunakan plat logam) dan etching (teknik pembuat dimensi atau kedalaman material) banyak ahli cetak menggunakan teknik campuran tersebut. Engraving memiliki teknik yang lumayan sulit untuk dipelajari tidak seperti etching, karena itulah etching lebih banyak dipakai untuk teknik lainnya dalam seni grafis. Berikut adalah beberapa dari proses engraving, yaitu : (1) Alat-alat dan graver atau burin Sebelum memasuki tahap engraving, pencetak atau desainer harus menyiapkan beberapa alat seperti graver (alat berbentuk jarum), florentine dan burin. Graver digunakan untuk memotong dan membuat garis pada media cetak dan burin berfungsi untuk membantu hasil garis cetak dari graver agar terlihat rapi. (2) Tool geometry/akurasi dari alat Proses kedua ini sangat penting bagi pencetak, yaitu akurasi dari hasil memotong garis ke media. Jika tidak memiliki akurasi yang bagus saat memotong atau mengukir dikarenakan alat graver berkarat atau jelek maka hasil cetakan akan terlihat berantakan dan hasil yang tidak memuaskan. (3) Ketajaman alat Tidak hanya akurasi dan konsentrasi pada sang pencetak, alat engraving juga harus dirawat dengan baik dan diasah terus menerus agar tetap tajam sehingga hasil cetak dapat terlihat bagus. (4) Desain Desain yang akan dicetak juga disiapkan, walaupun ada beberapa ahli cetak yang sudah dapat mencetak hasil desain sendiri. (5) Memotong lapisan media cetak Secara tradisional tahapan ini menggunakan kombinasi tekanan dan manipulasi karya kerja, yaitu menggunakan teknik tradisional “hand push” yang sampai sekarang masih dipelajari. Inilah mengapa menggunakan teknik engraving sangat susah. Namun di era modern sekarang ini, teknik engraving sudah dibantu dengan mesin terutama pneumatic. Dengan sistem pneumatic, sistem potong menggunakan tekanan udara yang dibuka tutup dengan pipa udara menggunakan foot control atau sejenis pedal. Dari bantuan ini, setiap hasil karya engraving dapat menghasilkan 15.000 pukulan per menit. Selain dengan sistem pneumatic, teknik engraving dengan Mesin CNC juga berkembang peat sebagaimana yang telah dipaparkan pada bagian pertama di Bab ini.



6



2.3



Laser Engraver Ada tiga jenis utama laser yang digunakan dalam laser cutting. CO2 laser cocok



untuk memotong, pemboran, dan engrave. Neodymium (Nd) dan neodymium yttriumaluminium-garnet (Nd: YAG) laser identik dalam ragam dan hanya berbeda dalam aplikasi. Nd digunakan untuk pemboran dan di mana energi tinggi tetapi pengulangan rendah diperlukan. Nd: YAG laser digunakan di mana daya sangat tinggi diperlukan dan untuk pemboran dan pengukiran. Keduanya CO2 dan Nd / Nd: YAG laser dapat digunakan untuk pengelasan / welding. CO2 laser biasanya "dipompa" dengan melewatkan arus melalui campuran gas (tereksitasi DC) atau menggunakan energi frekuensi radio (tereksitasi RF). Metode RF lebih baru dan telah menjadi lebih populer. Karena desain DC memerlukan elektroda di dalam rongga, mereka dapat mengalami erosi elektroda dan pelapisan bahan elektroda pada gelas dan optik. Karena resonator RF memiliki elektroda eksternal, mereka tidak rentan terhadap masalah tersebut. CO2 laser digunakan untuk laser cutting industrial banyak material termasuk titanium, stainless steel, baja ringan, aluminium, plastik, kayu, kayu rekayasa, lilin, kain, dan kertas. YAG laser terutama digunakan untuk memotong dan mengarit logam dan keramik. Selain sumber daya, jenis aliran gas juga dapat mempengaruhi kinerja laser cutting. Varian umum CO2 laser termasuk aliran aksial cepat, aliran aksial lambat, aliran melintang, dan slab. Dalam resonator aliran aksial cepat, campuran karbon dioksida, helium dan nitrogen diedarkan dengan kecepatan tinggi oleh turbin atau blower. Laser aliran melintang mensirkulasikan campuran gas pada kecepatan yang lebih rendah, membutuhkan blower yang lebih sederhana. Resonator berpendingin slab atau difusi memiliki medan gas statis yang tidak memerlukan tekanan atau peralatan gelas, yang mengarah pada penghematan turbin pengganti dan peralatan gelas. Generator laser dan optik eksternal (termasuk lensa fokus) memerlukan pendinginan. Bergantung pada ukuran dan konfigurasi sistem, panas limbah dapat ditransfer oleh pendingin atau langsung ke udara. Pendingin yang biasa digunakan adalah air, biasanya diedarkan melalui chiller atau sistem transfer panas. Microjet laser adalah laser yang dipandu jet air di mana sinar laser yang pulsa digabungkan ke dalam jet air bertekanan rendah. Ini digunakan untuk melakukan fungsi laser cutting saat menggunakan jet air untuk memandu sinar laser, seperti serat optik, melalui refleksi internal total. Keuntungan dari ini adalah bahwa air juga menghilangkan kotoran dan



7



mendinginkan material. Keuntungan tambahan dibandingkan "dry" laser cutting tradisional adalah kecepatan memotong tinggi, garitan paralel, dan pemotongan omnidirectional. Fiber laser adalah jenis laser keadaan padat yang berkembang pesat dalam industri pemotongan logam. Tidak seperti CO2, Teknologi fiber menggunakan media penguatan padat, tidak seperti gas atau cairan. "Benih laser" menghasilkan sinar laser dan kemudian diperkuat dalam serat gelas. Dengan panjang gelombang laser serat hanya 1,064 mikrometer menghasilkan ukuran spot yang sangat kecil (hingga 100 kali lebih kecil dibandingkan dengan CO2) membuatnya ideal untuk memotong bahan logam reflektif. Ini adalah salah satu keunggulan utama Fiber dibandingkan dengan CO2. 2.4



Mesin CNC Laser Engraver Pada tahun 1965, mesin laser cutting engraving pertama kalinya digunakan untuk



mengebor berlian. Mesin laser cutting engraving dibuat oleh pusat teknik western electric pada tahun 1967. Pada awal 1970, mesin laser cutting dijadikan pemotong titanium untuk aplikasi ruang angkasa. Kegunaan mesin laser cutting engraving adalah untuk hal-hal yang bersifat kreatif, seperti souvenir/merchandise yang terbuat dari akrilik, marmer, kaca, kayu, kertas, karet stempel, kulit sintetis, dan lain sebagainya. Jenis-jenis mesin laser cutting engraving diproduksi sesuai ukuran yang umum digunakan dalam produksi kreatif pengolahan suatu bahan/material. Seiring beragam macam bahan/material yang digunakan mesin laser cutting engraving, maka laser/sinar laser plasma bisa diatur sesuai kebutuhan, bisa digunakan untuk menggores/mengukir/grafir dengan daya laser yang cukup kecil namun membutuhkan waktu yang lama. Sedangkan untuk memotong dibutuhkan daya laser yang besar tetapi waktu proses pengerjaan yang lebih cepat dibanding proses grafir. Adapun kemampuan mesin laser cutting engraving adalah sebagai berikut: -



Menggores (marking): Sinar laser merusak bagian permukaan material sehingga meninggalkan tanda berupa goresan.



-



Gravir (engraving): Sinar laser plasma menggores permukaan material dengan kedalaman yang berbeda sehingga menghasilkan bentuk ukiran atau gambar atau motif yang sesuai dengan gambar yang kita inginkan.



-



Melubangi (perforating/punching/cutting): Sinar laser plasma melubangi material dengan bentuk sesuai yang kita Inginkan. Adapun kelebihan dari mesin laser cutting engraving ini adalah sinar laser plasma



yang digunakan sebagai alat ukur/grafir dan alat potong. Kualitas grafir sangatlah bagus dan 8



detail, serta memiliki nilai seni yang baik dan prosesnya juga yang sangat cepat. Mesin laser cutting engraving sangatlah masih langka digunakan pada perusahaan manufaktur namun banyak peminatnya karena benda yang dihasilkan dari mesin laser cutting engraving ini sangatlah variatif dan mampu menghasilkan nilai seni yang luar biasa dan perkembangan yang tak terbatas. Laser Engraving merupakan aktifitas laser yang digunakan untuk mengikis permukaan material, dimana sinar panas laser digunakan untuk mengikis atau membuang bagian – bagian permukaan material sehingga berbentuk tulisan, gambar, atau foto dapat tampak pada permukan material yang di engraving menggunakan laser. Prinsip kerja dari mesin laser engraving mirip dengan mengukir, mesin laser engraving tidak dapat menghasilkan warna dan hasil dari proses laser engraving sangat bergantung pada jenis material dan besar kekuatan dari sinar laser yang digunakan.



Gambar 2.1 Mesin CNC Laser Engraving Mesin CNC (Computer Numerically Controlled) merupakan sebuah istilah yang digunakan hingga sistem operasinya dikontrol dengan memakai sebuah komputer internal yang berfungsi: -



Penyimpanan program tambahan.



-



Penyutingan program.



-



Perjalanan program dari memori.



-



Diagnostic control dengan pemeriksaan robot.



-



Pekerjaan rutin atau khusus. 9



-



Kemampuan perubahan skala. Teknologi CNC adalah metode atau cara yang terbaik saat ini untuk memenuhi



produk pasar terhadap keperluan akan komponen manufaktur dalam dunia industri, disebabkan karena ketelitian dan efisiensi yang dimiliki oleh mesin CNC ini. Keandalan dari mesin CNC ini tidak terlepas dari kompone-komponen pendukungnya, seperti operator (brainware), perangkat keras (hardware) dan perangkar lunak (software). Ketika komponen itu harus saling mendukung untuk memperoleh hasil kerja yang sangat memuaskan. Dengan dirancangnya mesin perkakas CNC dapat menunjang produksi yang membutuhkan tingkat kerumitan yang tinggi dan dapat mengurangi campur tangan operator selama mesin beroperasi. Keuntungan Mesin CNC 1.



Laju produksi cepat



2.



Keakuratan pada lebih besar dan repeatabilas.



3.



Menurunkan tingkat tarip sisa (pemborosan komponen)



4.



Mengurangi kebutuhan pemeriksaan



5.



Tidak banyak memakan tempat/ ruangan



6.



Level keterampilan yang dibutuhan operator dikurangi Prinsip Kerja Mesin CNC



1.



Pemrogram membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat pada komputer dengan perangkat lunak pemrograman CNC.



2.



Program CNC tersebut, lebih dikenal sebagai G-Code, seterusnya dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan pengaturan motor servo pada mesin untuk menggerakan



perkakas



yang



bergerak



melakukan



proses



permesinan



hingga



menghasilkan produk sesuai program. 2.4.1



Aktuator Aktuator adalah salah satu komponen dari mesin yang bertugas untuk menggerakkan



dan mengendalikan suatu mekanisme atau sistem, aktuator adalah "penggerak". Aktuator membutuhkan sinyal kontrol dan sumber energi. Sinyal kontrol energi yang relatif rendah dan mungkin tegangan atau arus listrik, tekanan pneumatik atau hidrolik, atau bahkan tenaga manusia. Sumber energi utamanya dapat berupa arus listrik, tekanan fluida hidrolik, atau tekanan pneumatik. Ketika menerima sinyal kontrol, aktuator merespons dengan mengubah energi sumber menjadi gerakan mekanis. Aktuator adalah mekanisme di mana sistem kontrol 10



bertindak atas lingkungan. Sistem kontrol dapat sederhana (sistem mekanis atau elektronik tetap). Lead Screw - Coupling Lead Screw adalah sekrup yang digunakan sebagai penghubung dalam mesin, untuk menerjemahkan gerakan pembubutan menjadi gerak linier. Karena area kontak geser yang luas, ulir sekrup memiliki kehilangan energi gesekan yang lebih besar dibandingkan dengan sambungan lainnya. Mereka biasanya tidak digunakan untuk membawa daya tinggi, tetapi lebih untuk penggunaan intermiten dalam mekanisme aktuator dan pemosisian daya rendah. Lead screw biasanya digunakan dalam aktuator linier, slide mesin, vises, press, dan jack. Leadscrew adalah komponen umum dalam aktuator linier listrik. Sebuah leadscrew hidrostatik mengatasi banyak kerugian dari leadscrew normal, memiliki akurasi posisi yang tinggi, gesekan yang sangat rendah, dan keausan yang sangat rendah, tetapi membutuhkan pasokan cairan bertekanan tinggi dan manufaktur presisi tinggi secara terus menerus yang menyebabkan biaya yang jauh lebih besar daripada kebanyakan hubungan gerak linier lainnya.



Gambar 2.2 Aktutor berupa Lead Screw Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang 11



berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutubkutub magnet permanen seperti terlihat pada gambar 2.4.



Gambar 2.3 Komponen Motor DC Power Supply Pengertian Power Supply adalah sebagai alat atau perangkat keras yang mampu menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya. Range tegangan yang dimilikinya bisa berupa tegangan AC (misal : 120/240 Vac) maupun tegangan DC (misal : 24 V DC). Disini Power Supply digunakan sebagai penyedia daya untuk driver motor stepper, cooling fan, dan tower lamp.



Gambar 2.4 Power Suplay 2.4.2



Sistem Kontrol Sistem loop terbuka menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses



secara langsung tanpa umpan balik. Pada sistem ini harga keluaran sistem tidak dapat dibandingkan terhadap harga masukannya. Pada Sistem kontrol loop terbuka, keluarannya 12



tidak mempengaruhi sinyal output karena tidak ada sinyal umpan balik (feedback). jadi pada sistem kontrol loop terbuka ini sinyal outputnya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan dengan sinyal inputnya. akibatnya adalah ketetapan atau ketelitian dari sistem ini tergantung pada proses kalibrasi.



Input



Aktuator Plant Output Controller (Motor Stepper, Lead Screaw) (Mesin CNC 3-Axis) Gambar 2.5 Sistem Kontrol Terbuka pada Mesin CNC



Arduino Uno Arduino Uno adalah papan mikrokontroler open source berbasis mikrokontroler Microchip ATmega328P dan dikembangkan oleh Arduino.cc. Papan ini dilengkapi dengan set pin input / output (I / O) digital dan analog yang dapat dihubungkan ke berbagai papan ekspansi (pelindung) dan sirkuit lainnya. Board ini memiliki 14 pin I / O digital (enam mampu menghasilkan output PWM), 6 pin I / O analog, dan dapat diprogram dengan Arduino IDE (Integrated Development Environment), melalui kabel USB tipe B. Ini dapat didukung oleh kabel USB atau dengan baterai 9 volt eksternal, meskipun menerima tegangan antara 7 dan 20 volt. Ini mirip dengan Arduino Nano dan Leonardo. Desain referensi perangkat keras didistribusikan di bawah lisensi Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5 dan tersedia di situs web Arduino. File tata letak dan produksi untuk beberapa versi perangkat keras juga tersedia.Arduino Mega dapat bertenaga melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Daya eksternal (non-USB) bisa datang baik dari adaptor AC-ke-DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan dengan memasang konektor center-positive 2.1 mm ke soket daya board. Memimpin dari baterai dapat dimasukkan ke dalam header pin Gnd dan Vin pada konektor POWER. Papan dapat beroperasi pada suplai eksternal 6 sampai 20 volt. Jika dipasok dengan kurang dari 7V, pin 5V dapat memasok kurang dari lima volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan mungkin terlalu panas dan merusak board. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt. Mega 2560 berbeda dari semua papan sebelumnya karena tidak menggunakan chip driver USB-to-serial FTDI. Sebagai gantinya, fitur Atmega8U2 diprogram sebagai konverter USB-to-serial.



13



Gambar 2.6 Arduino Uno Fungsi pin umum 1.



LED: Ada LED internal yang digerakkan oleh pin digital 13. Saat pin bernilai tinggi, LED menyala, saat pin rendah, mati.



2.



VIN: Tegangan input ke papan Arduino / Genuino saat menggunakan sumber daya eksternal (berlawanan dengan 5 volt dari koneksi USB atau sumber daya lain yang diatur). Anda dapat menyuplai tegangan melalui pin ini, atau, jika menyuplai tegangan melalui colokan listrik, akses melalui pin ini.



3.



5V: Pin ini mengeluarkan 5V yang diatur dari regulator di papan tulis. Papan dapat disuplai dengan daya baik dari colokan listrik DC (7 - 20V), konektor USB (5V), atau pin VIN papan (7-20V). Menyuplai tegangan melalui pin 5V atau 3,3V melewati regulator, dan dapat merusak papan.



4.



3V3: Catu daya 3,3 volt yang dihasilkan oleh regulator on-board. Penarikan arus maksimum adalah 50 mA.



5.



GND: Pin ground.



6.



IOREF: Pin pada papan Arduino / Genuino ini menyediakan referensi tegangan yang digunakan mikrokontroler. Perisai yang dikonfigurasi dengan benar dapat membaca tegangan pin IOREF dan memilih sumber daya yang sesuai, atau memungkinkan penerjemah tegangan pada output untuk bekerja dengan 5V atau 3,3V.



7.



Reset: Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset untuk melindungi yang menghalangi salah satu papan tombol.



Fungsi pin khusus Masing-masing dari 14 pin digital dan 6 pin analog pada Uno dapat digunakan 14



sebagai input atau output, di bawah kendali perangkat lunak (menggunakan fungsi pinMode, digitalWrite, dan digitalRead). Mereka beroperasi pada 5 volt. Setiap pin dapat menyediakan atau menerima 20 mA sebagai kondisi operasi yang direkomendasikan dan memiliki resistor pull-up internal (terputus secara default) 20-50K ohm. Maksimum 40mA tidak boleh dilampaui pada pin I / O apa pun untuk menghindari kerusakan permanen pada mikrokontroler. Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 hingga A5; masing-masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai berbeda). Secara default, mereka mengukur dari ground hingga 5 volt, meskipun dimungkinkan untuk mengubah ujung atas rentang menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus: 1.



Serial / UART: pin 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip serial USB-to-TTL ATmega8U2.



2.



Interupsi eksternal: pin 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai.



3.



PWM (modulasi lebar pulsa): pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Dapat memberikan output PWM 8-bit dengan fungsi analogWrite ().



4.



SPI (Serial Peripheral Interface): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI.



5.



TWI (antarmuka dua kabel) / I²C: pin SDA (A4) dan pin SCL (A5). Mendukung komunikasi TWI menggunakan pustaka Wire.



6.



AREF (referensi analog): Tegangan referensi untuk input analog.



GRBL GRBL adalah sebuah software open source yang digunakan untuk mengatur gerakan dari mesin CNC dan berjalan di platform arduino. Kebanyakan mesin 3D 15 printer yang open source menggunakan Grbl sebagai intinya dan banyak juga diadaptasi pada proyek lainnya seperti laser cutters, automatic hand writer dan lain sebagainya (Anonim, 2019). Grbl didesain untuk mengoptimalkan pembacaan perintah secara terus menerus G-Code dengan menggunakan arduino dengan ketepatan operasi. G-code adalah kode perintah eksekusi pergerakan dari mesin CNC. Untuk saat ini Grbl hanya bisa digunakan untuk mesin 3 axis yaitu X, Y, dan Z.



15



2.5



CAD / CAM



Computer-aided manufacturing (CAM) adalah penggunaan software komputer untuk mengontrol tools mesin ataupun bagian mesin lainnya yang berhubungan dengan proses permesinan. Definisi ini bukan satu-satunya definisi CAM, CAM pun berarti penggunaan komputer yang berfungsi untuk membantu dalam semua perencanaan manufaktur, termasuk didalamnya perencanaan, managemen, transportasi dan penyimpanan. Tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan proses produksi yang lebih cepat, serta ukuran yang presisi dan konsistensi material pada komponen dan tools. Yang mana pada beberapa kasus, dapat mengurangi kebutuhan material mentah (hemat material). 2.5.1



Vectric Aspire Vectric Aspire ini berfungsi untuk membuat desain model 2D dan 3D untuk mesin



CNC. Software ini nantinya yang akan mentranferkan desain model 2D atau 3D menjadi sebuah G-Codes. Pada aplikasi ini juga terdapat banyak tools untuk pengolahan benda kerja dan juga untuk pemilihan material benda kerjanya juga bermacam-macam.



16



BAB III METODOLOGI 3.1



Deskripsi Penelitian



Pada penelitian ini, mesin cnc laser engraver yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.1. Mesin CNC Laser Engraving ini dapat bergerak pada 3-Axis (X ,Y Dan Z)



1 2



3



Gambar 3.1 Desain CNC Laser Engraving Keterangan : 1. PC 2. Controler 3. Mesin CNC laser engraving Mesin CNC Laser Engraver didesain terdiri dari 2 buah link yang bergerak secara horizontal dan 1 buah link bergerak secara vertikal. Link-1 dikondisikan dapat bergerak secara horizontal pada gerak sumbu X. Titik npudsat link-1 dapat dikondisikan bergerak searah sumbu X. Sedangkan link-2 juga bergerak secara horizontal pada sebuah gerak sumbu Y. Titik 17



pusat link- dikondisikan dapat bergerak searah sumbu Y. Sedangkan link-3 dikondisikan dapat bergerak secara vertical pada gerak sumbu Z. Titik pusat link dikondisikan dapat bergerak searah sumbu Z. Mesin CNC Laser Engraver digerakan dengan motor stepper yang terhubung dengan poros screw, gerakan ini terjadi setelah pengimputan data dari computer kepada alat berupa kode Gbrl dan G-Code menggunakan aplikasi Univerval G-Code Sender dan Aspire. 3.2



Alat Dan Bahan Pengujian



Bahan pengujian terdiri atas: Akrilik (Gambar 3.2), Kertas millimeter (Gambar 3.3), Pena my-gel (Gambar 3.4),



Gambar 3.2 Akrilik



Gambar 3.3 Kertas millimeter



Gambar 3.4 Pena my-gel



18



3.3



Prosedur Penelitian



Skema pengujian pada penelitian alat CNC Laser Engraver digunakan PC atau komputer untuk membuka software, Arduino, serta pengendalian alat dan input data G-code yang telah dibuat pada software GRBL, sebelum pengujian alat UGS dikoneksikan terlebih dahulu ke port arduino yang telah diprogram (grbl), arduino disambungkan ke 3 driver sebagai kontrol 3 motor stepper sumbu X,Y, dan Z. Komponen box kontrol terdiri dari arduino, driver, dan adaptor driver dirangkai didalam box kontrol, input box kontrol dari komputer dan output box kontrol ke 4 motor stepper disambungkan menggunakan kabel USB port aruino dan kabel micro motor stepper. Skema pengujian dan susunan komponen alat CNC Laser Engraver.



: tau laptop. yang digunakan sebagai UGS yang mengirim G-Code ke mesin dan mensetting mesin. ngsi sebagai terminal dalam menghidupkan motor stepper dari driver terminal dalam menghidupkan motor stepper dari gunakan untuk melakukan eksperimen setelah input data atau program dari laptop dan komputer. ving yang bergerak sesuai perintah yang telah diinput dari G-Code pada CAM untuk pengujian atau eksperimen. Gambar 3.5 Skema Pengujian 3.4



Prosedur Pengujian



Prosedur pengujian yang dilakukan dalam tugas akhir sebagai berikut : 1. Mempersiapkan CAM dan UGS dengan bentuk pengujian yang ingin dilakukan dengan sebuah path planning. 19



2. Melakukan simulasi menggunakan alat dengan menginput data berupa Grbl dan G-Code menggunakan aplikasi arduino, Aspire dan Univerval G-Code Sender. 3. Mengetahui performa gerak mesin serta akurasi mesin dan pengujian menulis pada kertas milimeter dengan sebuah paket berupa path planning. 4. Mengetahui gerak kemampuan mesin serta pengujian membuat jalur dan mengukir akrilik dengan mesin CNC laser Engraving. 5. Didapatkan hasil dan pembahasan dan menemukan kesimpulan. 6. Selesai. 3.5



Diagram Alir



Pada prosedur pengujian maka dirangkup dan dijadikan dalam bentuk diagram alir. Diagram alir penelitian ini secara lengkap dapat dilihat pada gambar 3.6. Mulai



Pesiapan path planning CAM pengujian Pengujian Kepresisian Gerak Mesin



Pengujian pembuatan jalur pada



Pengujian pelubangan pada akrilik



Hasil Dan Pembahasan



Kesimpulan



Selesai Diagram 3.6 Diagram Alir Tugas Akhir 20



DAFTAR PUSTAKA Sudarmono dan Sukijo (1979): “Pengetahuan Teknologi Kerajinan Ukir Kayu”, Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, 1979. Puji Lestari (2009): “Antropologi”, Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional, 2009. Ikhlas Syukran Harrizal, Syafri dan Adhy Prayitmo (2017): “Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin CNC Milling 3 Axis Menggunakan Close Loop System”, Jurnal Online Mahasiswa Fakultas Teknik Universitas Riau, vol. 4, no. 2, pp. 1-8, 2017. Hafiz Ramadhani dan Syafri (2018): “Perancangan dan Analisis Struktur Mekanik Prototipe Laser Cutting”, jurnal Laboratorium Hidrolik Dan Pneumatik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Bina Widya Km 12.5 Simpang Baru Panam, Pekanbaru 28293 21



Irawan Malik , Sairul Effendi , Soegeng Witjahjo (2019): “Rancang Bangun Mesin CNC Engraver Mini Sebagai Alat Bantu Pembelajaran”, jurnal Politeknik Negeri Sriwijaya; Jl. Srijaya Negara Bukit Besar Palembang - Indonesia, 30139 Telp.0711353414 0711- 355918



22