Plotter PCB [PDF]

Citation preview

PROPOSAL PROYEK AKHIR



RANCANG BANGUN PLOTTER PCB



Disusun oleh: Giovany Vigloriel Siregar NIM. 1921412014



PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA POLITEKNIK CALTEX RIAU 2021



RINGKASAN Plotter PCB adalah mesin ukir PCB berbasis komputer yang dapat menjalankan proses secara otomatis pada berbagai macam perintah yang telah diprogram pada perangkat lunak. Pada tugas akhir ini akan dirancang alat ukir layout rangkaian elektronika pada papan PCB (Printed Circuit Board) atau yang disebut dengan Plotter PCB yang akan dioperasikan menggunakan G-Code serta GRBL Kontroller sebagai pengontrol mesin. Mesin CNC ini dikendalikan dengan menggunakan software GRBL dimana ketika program dimasukkan kedalam software tersebut kemudian dijalankan, stepper motor, spindle serta mata bor akan bergerak. Fungsi GRBL Kontroller ini adalah untuk menjalankan G-Code menjadi gerak mekanis pada komponen mesin. Perancangan ini menggunakan 3 buah stepper motor dimana setiap stepper motor berfungsi untuk menggerakkan sumbu X, Y dan Z. Spindle digunakan sebagai pengendali mata bor yang berfungsi untuk mengukir layout pada PCB. Kata kunci : Plotter PCB, PCB, GRBL Kontroller, G-Code



i



DAFTAR ISI RINGKASAN ...................................................................................................................... i DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... iii DAFTAR TABEL .............................................................................................................. iv BAB I Pendahuluan ............................................................................................................ 1 1.1



Latar Belakang .................................................................................................... 1



1.2



Rumusan Masalah ............................................................................................... 2



1.3



Batasan Masalah ................................................................................................. 2



1.4



Tujuan Penelitian ................................................................................................ 3



1.5



Manfaat Penelitian .............................................................................................. 3



1.6



Metodologi Penelitian ......................................................................................... 4



1.6.1



Studi Literatur ............................................................................................. 4



1.6.2



Identifikasi Permasalahan ........................................................................... 4



1.6.3



Perancangan ................................................................................................ 4



1.7



Sistem Penulisan ................................................................................................. 5



BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................ 7 2.1



Penelitian Terdahulu ........................................................................................... 7



2.2



Landasan Teori.................................................................................................. 11



2.2.1



Microchip Mikrokontroller ATMega328p ................................................ 11



2.2.2.



Motor Stepper ........................................................................................... 12



2.2.3



Driver Stepper ........................................................................................... 13



2.2.4



GRBL Software ......................................................................................... 14



2.2.5



FlatCAM Sotware ..................................................................................... 15



2.2.6



Program G-code ........................................................................................ 15



2.2.7



Motor Blower ............................................................................................ 17



2.2.8



Daya Penggerak ........................................................................................ 18



BAB 3 PERANCANGAN ................................................................................................ 19 3.1.



Diagram Blok .................................................................................................... 19



3.2.



Flowchart .......................................................................................................... 20



3.3.



Perancangan Mekanik ....................................................................................... 21



3.4.



Perancangan Elektronika................................................................................... 22



BAB IV Jadwal dan Anggaran Biaya .............................................................................. 24 4.1



Jadwal ............................................................................................................... 24



4.2



Perkiraan Biaya ................................................................................................. 24



Daftar Pustaka ................................................................................................................... 26



ii



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1 Mesin Cetak CNC (Irvan Satyo, 2018). .......................................................... 7 Gambar 2.2 Rancang Bangun Cnc (Computer Numerically Controlled) PCB Layout Berbasis Mikrokontroler (Gumelar dan Edidas, 2020) ....................................................... 8 Gambar 2.3 CNC PCB cyclone berbasis mikrokonroller Arduino Mega (Santoso dkk, 2018) ........................................................................................................................... 9 Gambar 2.4 Michrochip ATMega328p (my.rs-online.com) ............................................. 11 Gambar 2.5 Prinsip kerja motor stepper (zonaelektro.net, 2013) ..................................... 12 Gambar 2.6 Stapper Nema 17 (dprintorlando.com).......................................................... 13 Gambar 2.7 Driver stapper A4988 (twinschip, 2021) ...................................................... 14 Gambar 2.8 Tampilan awal GRBL oftware (grblcontroller.software.informer.com) ....... 14 Gambar 2.9 tampilan awal (domoticx.com, 2020) ............................................................ 15 Gambar 2.10 Motor blower DC (tkfanen.com, 2019) ....................................................... 17 Gambar 3.1 Diagram blok Plotter PCB ............................................................................ 19 Gambar 3.2 Flowchart Plotter PCB .................................................................................. 20 Gambar 3.3 Desain Perancangan Mekanik ....................................................................... 21 Gambar 3.4 Driver stapper A4988 ................................................................................... 22



iii



DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Perbandingan Penelitian .................................................................................. 10 Tabel 2.2 penjelasan G-code ............................................................................................ 16 Tabel 3.1 Nilai Logika pada Driver A4988. ..................................................................... 23 Tabel 4.1 Jadwal Pelaksanaan Proyek Akhir ................................................................... 24 Tabel 4.2 Perkiraan Biaya Proyek Akhir.......................................................................... 24



iv



BAB I Pendahuluan 1.1



Latar Belakang Kemajuan



dalam



bidang



teknologi



yang



semakin



berkembang



merupakan aspek sebuah pengetahuan dan teknologi yang mengharuskan kalangan pendidikan tinggi untuk dapat meningkatkan kemampuan dalam penguasaan teknologi. Terutama pada teknologi tepat guna. Pengembangan teknologi tepat guna harus lebih ditingkatkan sebagai penunjang pemanfaatan teknologi masyarakat Indonesia. Pemanfaatan teknologi pada masyarakat berdampak sangat luas dan berimbas pula pada industri–industri kecil dan menengah, khususnya yang masih menggunakan peralatan konvensional atau bahkan masih menggunakan peralatan tradisional dan manual. Pemahaman teknologi secara mendasar, rinci dan mendalam dilakukan melalui pelaksanaan program yang kongkrit untuk memproduksi barang dan jasa. Hal yang paling mencolok dari perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi ini adalah semakin canggihnya industri manufaktur yang menghasikan produk-produk unggulan. Contohnya pada perusahaan industri mesin CNC yang semakin hari semakin berkembang. Dalam perkembangannya mesin CNC Selama ini konsumen beranggapan hanya akan membuat biaya produksi lebih tinggi dan menyebabkan kurangnya lapangan pekerjaan, rumit dan jika digunakan pada industri kreatif Indonesia hanya akan membuat membengkaknya biaya produksi hal tersebut disebabkan mahalnya harga mesin CNC, biaya operasional serta perawatan mesin CNC yang tinggi dan dalam pembelajaran pendidikan berasumsi mesin CNC dalam bentuk dan ukuran besar sebagai alat praktek dalam hal ini bahwa mesin CNC yang ukuran besar tentunya membutuhkan daya yang besar dan membutuhkan proses waktu yang lama Dalam pengaplikasiannya, CNC dapat digunakan sebagai pengukir papan PCB untuk menghasilkan jalur rangkaian elektronik. Dengan metode ini jalur rangkaian yang dihasilkan pun lebih aman, rapi dan presisi dibandingkan pengerjaan secara maual. Contoh pada saat ingin membuat rangkaian, biasanya pembuatan sebuah rangkaian dan pemasangan komponen dipasang pada sebuah



1



papan PCB (Printed Circuit Board). Cetakan PCB tersebut terdiri atas lubang tempat letak kaki komponen dan jalur sebagai tempat aliran arus listrik. Pembuatan jalur rangkaian pada PCB yang dilakukan secara manual dengan menggunakan skema gambar yang dibuat pada suatu aplikasi untuk kemudian di pindahkan ke PCB dengan beberapa cara yaitu salah satunya dengan setrika atau dilekatkan menggunakan 2 rugos membentuk skema yang sesuai dengan gambar. Besar diameter jalur rangkaian disesuaikan dengan jenis dan jumlah komponen yang dipasang dalam rangkaian tersebut. Pembuatan layout pada PCB (Printed Circuit Board) secara manual dibutuhkan ketelitian untuk menghindari kesalahan dalam proses tersebut, sehingga untuk mengatasi kesalahan dalam pembuatan layout pada PCB secara manual maka dibutuhkan suatu alat yang memudahkan dalam pembuatan layout pada pcb seperti PCB Plotter. Dimana PCB Plotter ini memiliki fungsi membuat layout secara otomatis berdasarkan layout pemograman yang telah dirancang.



1.2



Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, permasalahan yang dibahas



pada penelitian ini tidak keluar dari topik pembahasan maka batasan yang akan dibahas adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana merancang kerangka badan CNC dengan keseimbangan yang baik. 2. Bagaimana mengendalikan gerak motor stepper X, Y, dan Z pada mesin CNC untuk dapat bergerak secara bertahap sampai kondisi yang akurat pada frame. 3. Bagaimana merancang sistem heightmap pada sumbu z 4. Mengkoneksikan perangkat keras atau hardware motor stepper dan driver sehingga dapat dihubungkan dengan control board GRBL.



1.3



Batasan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, batasan masalah dari pembuatan proyek



akhir ini adalah perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware) pada bagian mekanik yang membutuhkan akurasi yang baik pada pergerakan mesin



2



tersebut. Sehubungan dengan tingkat kemampuan, ketersediaan waktu dan agar tidak meluasnya pembahasan yang timbul pada pembuatan proyek akhir ini, maka penulis membatasi pokok- pokok pembahasan sebagai berikut: 1. Dimensi CNC plotter dengan ukuran 37cm x 43cm X 27cm. 2. Pergerakan mesin hanya 3 axis maju, mundur, kiri, kanan dan atas, bawah. 3. Hanya dapat mengukir benda-benda seperti pcb, akrilik, dan benda yang tidak terlalu keras



1.4



Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang pcb plotter yang



dapat membuat sebuah ukiran dari bahan pcb berdasarkan sketch yang sudah dirancang. 1. Mengoperasikan Mesin Plotter PCB sebagai alat pengukir suatu PCB polos 2. Mengkonfigurasi



mesin



pada



hardware



agar



dapat



melakukan



proses milling, drilling dan cutting dengan keseimbangan yang baik. 3. Memperoleh hasil akhir yang cepat dan efisien pada mesin dari proses milling, drilling dan cutting.



1.5



Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang dapat diambil dari Tugas Akhir ini adalah: 1. Manfaat bagi penulis yaitu mengetahui sistem kerja pada hardware Motor stepper, spindle, dan driver pada Mesin Plotter PCB dengan Control 3 Axis Sistem X, Y dan Z. 2. Manfaat bagi pembaca yaitu mengetahui lebih banyak mengenai Motor stepper dan prinsip kerja driver motor A4988 sebagai pengendali gerak motor stepper. 3. Dengan dibuatnya tugas akhir ini dapat mempermudah pekerjaan yang berhubungan proses pembentukkan layout PCB. Dari tugas akhir ini pula nantinya dapat merangsang tumbuhnya ide-ide yang lebih kreatif serta inovatif, sehingga apa yang telah dibuat ini dapat terus berkembang dari waktu ke waktu.



3



1.6



Metodologi Penelitian Untuk mempermudah Penulis dalam penyusunan Laporan Akhir, maka



Penulis menggunakan metode-metode sebagai berikut:



1.6.1



Studi Literatur



Adapun bahan-bahan studi literatur dari proyek akhir ini adalah: 1. Survei lapangan. 2. Diskusi. 3. Konsultasi dengan pembimbing mengenai perancangan alat. 4. Mempelajari teori yang mendukung proses perancangan dan realisasi dari alat ini.



1.6.2



Identifikasi Permasalahan



Berdasarkan studi lliteratur yang telah dilakukan, maka identifikasi masalah yang didapatkan adalah membuat sistem mekanik yang menghasilkan pergerakan sumbu x, y, z dengan presisi dan efektif, agar Plotter PCB seimbang dan putaran motor stepper akan stabil. Begitu juga perancangan auto level yang sensitive, agar saat menentukan titik 0 pada z axis tidak ditemui error dan rusaknya mata cutter.



1.6.3



Perancangan



Pembuatan tugas akhir PCB Plotter, diperlukan desain dan perancangan guna memperoleh gambaran tentang alat yang akan dibuat. Perancanga tugas akhir PCB Plotter meliputi:



1.6.3.1



Perancangan Mekanik



Sebelum merancang hardware dari mesin ini, terlebih dahulu dilakukan pembuatan desain, Dimana dalam pembuatan desain ini digunakan software Solidworks. Desain Plotter PCB ini meliputi desain kerangka yang akan dibutuhkan sumbu x, y, dan z.



4



1.6.3.2



Perancangan Elektronika



Perancangan sistem elektronika meliputi perancang rangkaian GRBL controller sebagai pusat controller. Perancangan elektronika juga meliputi tata letak komponen elektronika pada Plotter PCB sehingga didapat posisi rangkaian yang aman dan terlindung dari kemungkinan terkena air.



1.7



Sistem Penulisan Sistematika penulisan laporan proyek akhir ini secara keseluruhan terdiri dari



empat



bab,



masing-masing



terdiri



dari



beberapa



sub



bab.



Adapun



pokok pembahasan dari masing-masing bab tersebut secara garis besar sebagai berikut: ABSTRAK Abstrak berisi suatu tulisan singkat dan menyeluruh dari isi laporan proyek akhir. Dengan demikian diharapkan pembaca dapat memahami isi dari abstrak proposal BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan



berisi



latar



belakang



masalah



yang



merupakan



dasar penyusunan proyek akhir ini. Pada pendahuluan terdapat perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, metodologi penelitian dan sistematika penulisan prosal. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan pustaka membahas dasar teori yang digunakan sebagai pendukung perancangan dan pembuatan proyek akhir ini. Pada tinjauan pustaka terdapat penelitian terdahulu yang membahas alat yang telah ada yang akan menjadi referensi untuk proyek yang akan dibuat. BAB III PERANCANGAN Perancangan membahas



mengenai



tahap demi



tahap perancangan



proyek akhir. Tahap perancangan dimulai dari desain mekanik, desain elektronik, dingga perancangan alur kontrol untuk perancangan proyek akhir.



5



BAB IV JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA Bab ini membahas mengenai jadwal mulai pembuatan proposal sampai pengujian terhadap sistem yang telah dibuat dan anggaran biaya pembuatan alat. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



6



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1



Penelitian Terdahulu Pada penelitian terdahulu oleh Irvan Pranata dan Satyo Nuryadi mengenai



Rancang Bangun Mesin Cetak PCB Berbasis Arduino Menggunakan Metode CNC. Dalam penelitiannya, jenis spindle yang digunakan adalah jenis motor DC 775 12V-24VDC. Program kontroler menggunakan software pengirim g-code yang digunakan adalah Candle dan software untuk membentuk file gerber dan excellon ke dalam bentuk g-code (.nc) adalah Software FlatCam. Jenis sistem kontrol mesin CNC PCB pada perancangan ini adalah loop terbuka. Dengan menggunakan mikrokontroler ATMega328p.



Gambar 2.1 Mesin Cetak CNC (Irvan Satyo, 2018).



Pada Gambar 2.1 merupakan Mesin Cetak PCB yang dilakukan oleh Irvan Pranata dan Satyo Nuryadi, Komponen mekanis yang digunakan untuk mendukung sistem control pada mesin gravir laser dari gambar diatas adalah poros rel, poros ulir linier bearing, frame aluminium, bracket, shaft support dan pillow, dan kopling. Mesin CNC ini diperoleh dari beberapa tahap pengujian terhadap parameter yang sudah ditentukan. Pada pencetakan desain PCB dilakukan dengan tebal jalur diantaranya T8, T10, T12, T15, T20, T25, T30, T40, T50, T60. Dan setelah diamati ditemukan beberapa kekurangan, diantaranya yaitu beberapa lobang yang tidak tepat sehingga memakan jalur, kemudian jalur yang terlalu kecil bahkan terputus (Irvan Satyo, 2018).



7



Gambar 2.2 Rancang Bangun CNC (Computer Numerically Controlled) PCB Layout Berbasis Mikrokontroler (Gumelar dan Edidas, 2020)



Pada penelitian yang dilakukan Agung Gumelar dan Edidas ini menggunakan Mikrokontroler arduino uno serta driver motor stepper yang digunakan adalah jenis A4988. Untuk komponen mekanikalnya, sebagian besar sama dengan CNC pada umumya. Dimana terdiri dari poros rel, poros ulir linier bearing, bracket, shaft support dan pillow, dan kopling. Namun pada mesin ini tidak memiki kerangka. Pada pergerakan axis X, Y dan Z nya juga tidak memiliki switch pembatas gerakanya. Sehingga lebih rentan menabrak bracket i nya, hal ini sangat beresiko juga pada kerusakan motor stepper, karena bila perintah pergerakan motor stepper melebihi ukuran semestinya, motor akan berputar terus menerus sesuai program. Mesin ini belum menerapkan sistem probe untuk menentukan titik 0 pada sumbu Z, sehingga operator mesin ini masih menggunakan cara manual menggunakan kertas sebagai penanda bahwa mata cutter atau bor telah menyentuh objek benda kerja yang akan diukir.



8



Gambar 2.3 CNC PCB cyclone berbasis mikrokonroller Arduino Mega (Santoso dkk, 2018)



Penelitian lainya juga dilakukan oleh Lilik Hari Santoso, dkk, dengan tugas akhirnya yang berjudul Rancang Bangun CNC PCB Cyclone Berbasis Mikrokonroller Arduino Mega. Alat ini menggunakan motor stepper Nema 17 sebagai penggerak sumbu x, y, z ukurannya memiliki sudut 1,8° (200 langkah / revolusi) dari data basenya. Setelah diperoleh data perhitungan 200 langkah/revolusi. Maka dimasukkan ke pengaturan G-code sender dengan menggunakan kontrol arduino dengan driver ramps dengan IC A4988 dan untuk uji coba ternyata satu putaran tidak didapatkan dengan setingan 20 step/mm melainkan 3200 step/mm dengan uji coba menambahkan terus hingga tercapai putaran penuh. Pengujian yang dilakukan, kinerja mesin cnc ini dapat bekerja di area 15cm X 9cm (Santoso dkk, 2018). Gambar 2.3. merupakan perancangan dan pembuatan mesin cnc pcb. Dari ketiga penelitian terdahulu diatas, akan disimpulkan perbandingan baik dari segi system control yang digunakan dan juga kelebihan atau kekurangannya.



9



Tabel 2.1. Perbandingan Penelitian



NO



1



2



Penelitian



Sistem



Terdahulu



Kontrol



Irvan Pranata



Arduino



Penerapan



dan



Uno



Universal



Satyo



Nuryadi



Kelebihan



Kekurangan



Pelobangan G-Code



jalur



Sender



layout, ditemui jalur



Mempunyai



yang terputus



konfigurasi



saat membuat



mudah,



jalur kecil.



Agung



Arduino



Telah menggunakan



Gumelar dan



Uno



software



Edidas



memakan



pembuatan



pada sircuit



dan dapat langsung menghasilkan



G-



Dalam penentuan titik 0 masih manual menggunakan kertas



Code Lilik



Hari Arduino



Santoso, dkk.



3



Mega



Pengujian



Adanya



sumbu z, x, dan y



selisih pengukuran



dengan jangka



dengan



sorong didapatkan



desain dikarenakan



ketelitian



ada



0.02mm.



yang kurang



faktor rangka



presisi dan



terjadi



elastisitas



bahan



pada pergerakan



Dari ketiga penelitian yang telah dilakukan tersebut, diperoleh beberapa ide untuk pengembangan alat ini, dimana antaranya berupa penerapan sistem probe dan heightmap untuk menentukan titik 0 pada axis z. Kemudian untuk menghasilkan ukiran yang akurat, plotter PCB yang akan dibuat ini akan dikalibrasi seakurat



10



mungkin dengan cara menyesuaikan konfigurasi pada software agar sesuai dengan spesifikasi pada hardware yang digunakan. 2.2



Landasan Teori Pada bagian ini berisi landasan teori yang akan digunakan sebagai dasar



dalam proses pembuatan proyek akhir. Bagian ini yang akan dibahas adalah microchip mikrokontroller ATMega328p, motor stepper, driver stepper, GRBL software, flatcam software, program G-code dan motor blower.



2.2.1



Microchip Mikrokontroller ATMega328p Mikrokontroller AVR



(Alf and Vegaard’s Risc Processor)



ATMega328p merupakan seri mikrokontroller complementary metal oxide semiconductor (CMOS) 8- bit buatan Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat. Hampir semua intruksi pada program dieksekusi dalam satu siklus clock. ATMega328p mempunyai 8 Kb in-System Programmable Flash yang memungkan memori program untuk di program ulang (read/write) dengan koreksi secara serial yang disebut Serial Peripheral interface (SPI) (Mirul, 2017). Pada Gambar 2.4 merupakan Michrochip ATMega328p.



Gambar 2.4 Michrochip ATMega328p (my.rs-online.com)



ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain: 1. 130 instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock. 2. 32x 8-bit register serba guna. 3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz. 4. 32 KB Flash memory, pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2KB dari flash memori sebagai bootloader. 5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi 11



permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan. 6. Memiliki SRAM (Static RandomAccess Memory) sebesar 2KB. 7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output. 8. Master / Slave SPI Serial interface. ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORT B, PORT C, dan PORT D dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya (Oktareza, 2014).



2.2.2.



Motor Stepper Motor stepper adalah salah satu jenis motor dc yang dikendalikan



dengan pulsa pulsa digital. Prinsip kerja motor stepper adalah mengubah pulsa-pulsa input menjadi gerakan mekanis diskrit. Oleh karena itu untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik (Elektro, 2013). Berikut ini adalah ilustrasi struktur motor stepper sederhana dan pulsa yang dibutuhkan untuk menggerakkannya:



Gambar 2.5 Prinsip kerja motor stepper (zonaelektro.net, 2013)



Pada Gambar 2.5 memberikan ilustrasi dari pulsa keluaran pengendali motor stepper dan penerpan pulsa tersebut pada motor stepper untuk menghasilkan arah putaran yang bersesuaian dengan pulsa kendali. Kelebihan motor stepper dibandingkan dengan motor DC biasa adalah:



12



1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur. 2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak. 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi. 4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran). 5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC



Gambar 2.6 Stapper Nema 17 (dprintorlando.com)



Pada Gambar 2.6 merupakan stapper NEMA 17. Motor stepper NEMA 17 adalah motor stepper dengan pelat muka 1,7 x 1,7 inci (43,18 x 43,18 mm). NEMA 17 lebih besar dan umumnya lebih berat daripada NEMA 14, tetapi ini juga berarti memiliki lebih banyak ruang untuk menempatkan torsi yang lebih tinggi (Bowyer, 2019). Namun, motor yang dekat dengan ukuran NEMA 17, memiliki spesifikasi berikut: 1. 1.5A hingga 1.8A saat ini per fase. 2. Induktansi 3 hingga 8 mH per fase. 3. 44 N • cm (62 oz • in, 4.5 kg • cm) atau lebih memegang torsi. 4. 1,8 atau 0,9 derajat per langkah (masing-masing 200/400 langkah / putaran).



2.2.3



Driver Stepper Stepper motor driver menggunakan komponen utama berupa sebuah



IC A4988. Rangkain IC tersebut berfungsi untuk menghasilkan empat pulsa keluaran berurutan yang dapat berbalik urutannya dengan menerapkan logika



13



tertentu pada rangkaian. Rangkaian tersebut memerlukan pulsa clock untuk dapat beroperasi. Sebagai sumber clock digunakan rangkaian oscilator gelombang kotak. Kemudian untuk mendukung pulsa-pulsa dengan arus besar (sekitar 1 – 3 A) digunakan transistor daya NPN tipe TIP31 sebagai solid state switch (Elektronika, 2013).



Gambar 2.7 Driver stapper A4988 (twinschip, 2021)



Pada Gambar 2.7 merupakan driver stapper A4988. A4988 adalah IC driver motor ultra-senyap untuk motor stepper dua fase. Driver ini memiliki kapasitas output maksimum 28 V dan ± 2 A. Driver ini dapat mengoperasikan motor stepper bipolar dari 1 hingga 1/256 mode step. A4988 menggunakan teknologi



Stealth



Chop2



untuk



pengoperasian



motor



diam



(components101.com, 2019).



2.2.4



GRBL Software GRBL software dirancang untuk mengirim G-Code ke mesin cnc,



seperti mesin penggilingan 3D. GRBL merupakan software kontrol cnc berbasis Arduino, yang memiliki fungsi dasar yang sama seperti software kontrol cnc lainnya. GRBL diperuntukkan untuk mesin cnc berbasis Arduino atau microcontroller sejenisnya (informer, 2020).



Gambar 2.8 Tampilan awal GRBL software (grblcontroller.software.informer.com)



14



Pada Gambar 2.8 merupakan tampilan awal GRBL software. GRBL adalah software alternatif kontrol cnc yang gratis, dan masih dikembangkan hingga kini. Cocok digunakan untuk cnc maker yang masih ingin belajar tentang pengoperasian cnc. Karena proses penyetingan yang sederhana serta gratis (fauzi, 2010).



2.2.5



FlatCAM Sotware FlatCAM memungkinkan untuk mendesain ke PCB Plotter dan dapat



membuka Gerber, Excellon atau G-Code, mengeditnya atau membuat dari sketch, dan menghasilkan G-Code (flatCAM, 2019). Routing isolasi adalah salah satu dari banyak tugas yang cocok untuk FlatCAM. Software ini open source, ditulis dengan bahasa pemrograman Python dan berjalan dengan lancar di sebagian besar platform (teach, 2019). Gambar 2.9 merupakan Tampilan awal sotware FlatCAM.



Gambar 2.9 tampilan awal (domoticx.com, 2020)



FlatCAM adalah program untuk mempersiapkan pekerjaan CNC untuk membuat PCB pada PCB Plotter. Antara lain, dapat mengambil file Gerber yang dihasilkan oleh program CAD, dan membuat G-Code untuk routing Isolasi (Domoticx, 2020).



2.2.6



Program G-code G-Code adalah sebuah fungsi yang digunakan dalam bahasa



pemrograman Numerical Control (NC) yang mengandung informasi posisi sebuah alat untuk melakukan sebuah pekerjaan di pabrik. G-Code terpisah



15



dari M-Code dan T-Code yang mengontrol mesin dan alat pabrik. Walaupun G-Code adalah istilah yang biasanya digunakan untuk NC, sebenarnya GCode hanyalah sebuah komponen dan bekerja bersama dengan kode kode lainnya untuk melakukan tugas-tugas yang seharusnya (Technopark, 2020).



Tabel 2.2 penjelasan G-code



No



G-code



Fungsi dan Kegunaan



Dasar



1



G00



2



G01



3



G02



4



G03



5



G50



6



G54-G59



7



G96



Gerakan cepat / interpolasi lurus tanpa pemakanan Gerakan / interpolasi lurus dengan pemakanan Gerakan melingkar searah jarum jam (Clockwise = CW) Gerakan melingkar berlawanan arah (Counter Clockwise = CCW) Pembatasan untuk putaran spindle maksimum Titik referensi pada benda Mengeset nilai kecepatan potong konstan, bekerja dengan batasan rpm G50



8



G97



Mengeset nilai kecepatan putaran (rpm) kostan



9



G98



Mengeset satuan feeding mm / menit



10



G99



Mengeset satuan feeding mm / putaran



16



No



G-code



Fungsi dan Kegunaan



Dasar



11



M03



Spindle berputar searah jarum jam (Clockwise = CW)



12



M04



Spindle berputar berlawanan arah (Counter Clockwise = CCW)



13



M05



Mematikan spindle



14



M30



Program berakhir



Tabel 2.1 merupakan kode G-Code dasar, dalam program CNC mereka mulai dengan huruf G dan mengarahkan mesin. Tindakan-tindakan yang umumnya diarahkan G-Code meliputi: mengubah sebuah pallet, gerakan cepat, serangkaian gerakan feed yang terkontrol, menghasilkan potongan barang, lubang dibor atau bentuk dekoratif, mengontrol gerakan feed, dalam garis busur atau lurus, dan mengatur informasi alat (Kristoam, 2019).



2.2.7



Motor Blower Pengertian Blower adalah mesin atau alat yang digunakan untuk



menaikkan atau memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam suatu ruangan tertentu juga sebagai pengisapan atau pemvakuman udara atau gas tertentu (Ali, 2012).



Gambar 2.10 Motor blower DC (tkfanen.com, 2019)



17



Gambar 2.10 merupakan motor blower, Sebuah kipas sentrifugal dengan rasio tekanan tinggi (output tekanan / input tekanan) dikenal sebagai blower. Blower memberikan laju aliran volume transfer yang tinggi dengan rasio tekanan yang relatif lebih besar. Rasio tekanan dari kipas angin di bawah 1,1 sedangkan blower memiliki rasio tekanan 1,1 - 1,2 (Fauzi, 2020). 2.2.8



Daya Penggerak Daya mekanis motor dinyatakan dalam horse power (hp) atau watt



(W), dimana 1 hp = 746 W. Torsi dan kecepatan merupakan dua faktor penting dalam menentukan output daya mekanis. Torsi sendiri adalah besarnya puntiran / daya pemutar, dinyatakan dalam pound-feet (lb/ft). kecepatan motor dinyatakan dalam putaran per menit. Untuk merancang proyek akhir ini perlu adanya perencanaan daya motor yang diperlukan agar sesuai dengan kebutuhan. Perencanaan yang diinginkan untuk mengetahui daya motor dan torsi yang dibutuhkan pada setiap axisnya. perencanaan untuk perhitungan komponen menggunakan persamaan sebagai berikut:



2.2.8.1



Menentukan harga Kecepatan sudut Kecepatan sudut dibutuhkan untuk mengetahui daya motor



yang dibutuhkan pada motor stapper. ω=2πn/60.........................................................................(2.1) Dimana: n = Kecepatan putar motor (rpm) 2.2.8.2



Menentukan harga torsi (T)



Besarnya torsi merupakan hasil perkalian gaya dengan jarak terhadap sumbu. T=F.r .............................................................................(2.2) Dimana: T = Momen putar atau torsi (N.m) F = Gaya (N) r = Jarak terhadap sumbu putar (m)



18



BAB 3 PERANCANGAN Mesin ini menggunakan kontrol GRBL yang akan menerima masukan berupa G-Code yang diperoleh dari software FlatCAM untuk membuat sketch 2D dan 3D. Sketch 2D/3D yang telah di convert dalam bentuk G-Code harus di upload didalam GRBL software untuk proses pengiriman G-code ke mesin CNC. GRBL akan mengkontrol atau mengendalikan pergerakan motor stapper berdasarkan program G-code yang telah diterima, membentuk sketch 2D/3D.



3.1. Diagram Blok Alur dari Sistem Kontrol Plotter PCB ini menggunakan parameter masukan utama G-code yang diperoleh dari software FlatCAM. Diagram blok Plotter PCB ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.



Gambar 3.1 Diagram blok Plotter PCB



Berdasarkan Gambar 3.1 dapat diketahui proses perancangan G-code melalui software CAM hingga pada proses transfer G-code pada mesin menggunakan software GRBL (candle). GRBL control akan menerima program G-code dan memprosesnya menjadi bentuk ukiran jalur PCB yang diinginkan.



19



3.2. Flowchart Flowchart atau diagram alir berfungsi mendeskripsikan urutan proses mini CNC engraving machine yang berawal dari switch on GBRL control hingga pergerakan motor stapper x, y, z.



Gambar 3.2 Flowchart Plotter PCB



Pada Gambar 3.2 diperlukan setting posisi awal pada sumbu untuk mendapatkan titik 0 pada alur proses permesinan. Kemudian dilanjut dengan



20



pemetaan elevansi ketnggian pada benda kerja untuk menyesuaikan G-code terutama pada code axis z. Sehinggga ukiran yang diperoleh jelas, tidak putus dan memiliki ketinggian yang sama. 3.3. Perancangan Mekanik Perancangan desain pada Plotter PCB dalam proyek akhir ini dapat dilihat pada Gambar 3.3.



3



2



1



4



5 10



6 9



7



8 (a) tampak isometri



(a) Tampak depan



(c) Tampak samping



Gambar 3.3 Desain Perancangan Mekanik



21



Keterangan: 1. Box Electrical 2. Motor stepper Z 3. Kerangka 4. Motor spindle 5. Bracket spindle 6. Motor Stepper Y 7. Meja Kerja 12 X 22 Cm 8. Pillow Block Bearing 9. Lead Screw 10. Besi Assentail Untuk Perancangan mekanik Tugas Akhir ini terdiri dari 3 motor stepper, dengan menggunakan media lead screw (batang ulir) yang berfungsi untuk menggerakkan meja kerja (x axis dan y axis) dan spindel (z axis). Spesifikasi lead screw yang digunakan adalah T12, 1 Start dengan Pitch 2mm. Penggunaan lead screw ini diharapkan dapat menghasikan ketelitian yang baik, sehingga setiap 1 putaran penuh motor stepper menghasilkan gerakan sejauh 2mm. 3.4. Perancangan Elektronika Perancangan elektronika mini CNC engraving machine dapat dilihat pada Gambar 3.5 a dan b



(a) Board diagram



(b)Skema Gambar 3.4 Driver stapper A4988



Dari skematik rangkaian di atas, 3 buah driver motor akan digabung menjadi satu rangkaian shield. Setiap driver akan dihubungkan pada dipswitch uuntuk mengatur microstepping pada motor stepper menjadi mode full step, half step maupun mode lain sebagainya yang sudah disediakan pada driver tersebut. Dan 22



pada skematik rangkaian dua sumber dc yang mempunyai ukuran tegangan yang berbeda dimana tegangan pertama sebagai sumber tegangan driver yang hanya berkapasitas lima volt, dan tegangan satunya mempunyai besaran 12 volt sebagai tegangan motor stepper, tetapi untuk grounding dijadikan satu. Serta setiap driver akan memiliki empat terminal block sebagai tempat kabel motor stepper disambungkan. Untuk mengatur microstep resolution pada driver A4988 ini terdapat pada Nilai logika pada pin MS1, 2 dan 3 yang dijelaskan lebih anjut pada Tabel 3.1 berikut. Tabel 3.1 Nilai Logika pada Driver A4988. MS1 MS2 MS3 Low Low Low High Low Low Low High Low High High Low High High High



Microstep Resolution Full Step Half Step Quarter Step Eighth Step Sixteenth Step



G-code akan dikirim dari PC menuju GRBL board kemudian menerjemahkannya sehingga Mikrokontroller dapat memberi logika kepada Driver yang diteruskan ke motor stepper untuk melakukan kerja berupa putaran kemudian diubah sebagai pergeseran meja kerja dan spindel.



23



BAB IV Jadwal dan Anggaran Biaya 4.1



Jadwal Penulis membuat jadwal pengerjaan tugas akhir yng bertujuan agar



penggunaan waktu lebih efektif dan sesuai dengan metodologi yang digunakan. Adapun jadwalnya sebagai pada table berikut.



Tabel 4.1 Jadwal Pelaksanaan Proyek Akhir Tahun 2021



1



Bimbingan



2



Pembuatan Proposal



3



Seminar Proposal



4



Pembuatan Alat



5



Pengujian dan Analisa



6



Penulisan Laporan



7



Sidang Proyek Akhir



4.2



Juni



Mei



April



Maret



Februari



September



Agustus



Juli



Tahapan



Juni



No



2022



Perkiraan Biaya Pada perkiraan biaya agar proyek khir dapat berjalan dengan lancer dan



sesui denga metodologi yang digunakan, penulis membutuhka biaya untuk peralatan yang dibutuhka delam mengerjakan proyek akhir ini. Adapun peralatan serta biaya yang digunakan sebagai berikut.



Tabel 4.2 Perkiraan Biaya Proyek Akhir



No Nama Barang



Jumlah



Harga/Satuan



Total



1



Motor Stepper



3 buah



Rp.75.000/buah



Rp.225.000



2



GRBL controller board



1unit



Rp.600.000/buah Rp.600.000



24



No Nama Barang



Jumlah



Harga/Satuan



Total



3



Besi as 12mm



168 Cm



Rp.5000/Cm



Rp.104.000



4



Bearing 10mm



2 buah



Rp.35.000/buah



Rp.70.000



5



Linear



12mm 6 buah



Rp.55.000/buah



Rp.330.000



bearing



panjang 6



Plat Aluminium



10cm x 10cm Rp.300/cm²



Rp.30.000



7



Plat Aluminium



11cm x 17cm Rp.300/cm²



Rp.56.100



8



Plat Aluminium



16cm x 25cm Rp.300/cm²



Rp.120.000



9



Aluminium



Profile 4m



Rp.85.000/m



Rp.340.000



20x20mm 10



Spindel motor dc



1 buah



Rp.250.000



Rp.250.000



11



Shaft mounting 12mm



12 buah



Rp.24.000/buah



Rp.288.000



12



Screw T8 1 start



1m



Rp.2.700/cm



Rp.270.000



13



T8 Nut Lead Screw



3 buah



Rp.15.000/buah



Rp.45.000



Total



Rp.2.256.000



25



Daftar Pustaka Agung, G., & Eddias. (2020). Rancang Bangun Cnc (Computer Numerically Controlled) PCB LayoutBerbasis Mikrokontroler. Padang. Irvan, P., & Satyo, N. (2019). RANCANG BANGUN MESIN CETAK PCB BERBASIS ARDUINO. Yogyakarta: University of Technology Yogyakarta. Lilik, H. S., Achmad, A., Permadi, D., & Mulyo, N. (2020). RANCANG BANGUN CNC PCB CYCLONE BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO . Subang : Sekolah Tinggi Teknologi Texamaco. Setioko, B. T. (2018). PERANCANGAN PLOTTER 2-DIMENSI MENGGUNAKAN. Indralaya : Universitas Sriwijaya. Tanato, C., & Satya, A. P. (2021). RANCANGAN CNC PLOTTER UNTUK MENULIS . Tangerang : Universitas Pelita Harapan. http://k-sience.blogspot.com/2017/07/apa-itu-mikrokontroller-avr-atmega328p.html http://zonaelektro.net/motor-stepper/ https://tukanggambar3d.com/g-code-dan-m-code-mesin-cnc/ https://indotech-group.co.id/tabel-g-code-pada-mesin-cnc-milling/



26