RANCANG BANGUN KONSTRUKSI MESIN LASER

ENGRAVING

SKRIPSI

Disusun Oleh

Irpandi 003201305022

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar

Sarjana Teknik Pada Fakultas Teknik

President University

2018

ii

RANCANG BANGUN KONSTRUKSI MESIN LASER

ENGRAVING

SKRIPSI

Disusun Oleh

Irpandi 003201305022

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar

Sarjana Teknik Pada Fakultas Teknik

President University

2018

iii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, President University.

Nama : Irpandi

NIM : 003201305022

Menyatakan dengan sesungguhnya nya bahwa Tugas Akhir dengan judul

RANCANG BANGUN KONSTRUKSI MESIN LASER ENGRAVING, adalah:

1. Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur, hasil kuliah,

survei lapangan, bimbingan, serta jurnal acuan yang tertera dalam referensi

pada tugas akhir ini.

2. Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan atau

pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan tinggi lain,

kecuali bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi pendukung untuk

melengkapi sumber informasi.

3. Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-buku atau

jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas akhir saya.

Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti di atas, maka

tugas akhir saya ini akan dibatalkan.

Cikarang, 23 Mei 2018

Yang membuat pernyataan,

Irpandi

iv

LEMBAR PENGESAHAN

RANCANG BANGUN KONSTRUKSI MESIN LASER

ENGRAVING

Disusun Oleh

Irpandi

003201305022

Disetujui Oleh:

Nanang Ali Sutisna, M.Eng. Final Project Supervisor

Lydia Anggraini, ST. M.Eng. Ph.D.

Head of Study Program

Mechanical Engineering

Dr.-Ing. Erwin Sitompul, ST., M.Sc.

Dean of Faculty of Engineering

v

MOTTO

• Istiqomah (Konsisten) itu lebih baik dari seribu kebaikan.

• Jadikan orang lain sebagai guru, jadikan setiap tempat adalah sekolah

dan jadikan waktu sebagai jam pelajaran.

• Hidup itu seperti mengendarai sepeda, terus mengayuh supaya lekas

sampai tujuan.

vi

ABSTRAK

Mesin CNC adalah mesin dengan sistem mekanik dan kontrol berbasis komputer yang

mampu membaca kode instruksi dan yang akan diinstruksikan ke mesin. Dalam rancang

bangun konstruksi mesin laser engraving menggunakan material alumunium untuk rangka

sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z. Material steel untuk poros dan material plastik untuk

bracket laser.

Dalam rancang bangun konstruksi mesin laser engraving terlebih dahulu menentukan

konsep desain yang sesuai setelah itu menetukan material yang akan digunakan kemudian

melakukan analisis secara manual dan mencari data properties material yang auntuk pros

steel SS400 untuk mengetahui apakah material mampu menopang beban mesin. Material

yang dianalisis adalah material steel SS400 untuk poros yang akan menahan beban 400

gram dari unit laser dan juga menganilisis beban geser untuk baut pengunci bracket yang

akan menahan beban 500 gram dari poros dan unit laser.

Kata kunci: Mesin Laser Engraving, Element Mesin, Poros

vii

ABSTRACT

The CNC machine is a machine with a computer-based mechanical and control

system capable of reading the instruction code and which will be instructed to the machine.

In the design construction of laser engraving machine using aluminum material for X axis

frame, Y axis and Z axis. Material steel for shaft and plastic material for laser bracket.

In the design of the construction of laser engraving machine first determine the

appropriate design concept after that determine the material to be used then do the analysis

manually and look for material properties material auntuk SS400 steel to know whether the

material is able to support the load of the machine. The analyzed material is SS400 steel

material for the shaft which will withstand 400 gram load from the laser unit and also

analyze the sliding load for the bracket locking bolt which will withstand 500 gram load

from the shaft and the laser unit.

Keywords: Engraving Laser Machine, Element Machine, Axle

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat

serta hidayah-Nya sehingga penyusunan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun

Konstruksi Mesin Laser Engraving” ini dapat diselesaikan. Skripsi disusun dalam

rangka memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Departemen Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, President University.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu

dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini, terutama kepada:

1. Ibu Lydia Anggraini,ST.,M.Eng., Ph.D. selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin

President University.

2. Dosen pengajar dan juga staf di lingkungan President University yang telah membantu

dalam proses dan selesainya laporan ini.

3. Orang tua tercinta dan keluarga yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungan

kepada penulis dalam banyak hal, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan

laporan ini.

4. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam melakukan kegiatan penelitian

sampai menyelesaikan laporan ini.

Kritik dan saran yang membangun tentu nya sangat diharapkan untuk perbaikan di masa

depan. Demikian skripsi ini disusun, semoga bermanfaat bagi penulis pribadi dan bagi

pembaca pada umumnya.

Cikarang, 23 Mei 2018

Penulis,

Irpandi

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ......................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................ iv

MOTTO ............................................................................................................................... v

ABSTRAK ......................................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

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

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................................... 2

1.3 Batasan Penelitian ..................................................................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 2

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................................ 2

BAB II LANDASAN TEORI.............................................................................................. 4

2.1 Laser Engraving ......................................................................................................... 4

2.2 Komponen Elektrikal ................................................................................................. 5

2.21 Laser diode .................................................................................................... 5

2.2.2 Motor stepper ................................................................................................. 6

2.2.3 Mikrokontroller .............................................................................................. 7

2.2.4 CNC shield ..................................................................................................... 8

2.2.5 Driver motor stepper ...................................................................................... 9

2.2.6 Mosfet .......................................................................................................... 10

2.2.7 Tombol emergency ...................................................................................... 10

2.2.8 Power supply ............................................................................................... 11

2.3 Komponen Mekanis ................................................................................................. 11

2.3.5 Poros rail ...................................................................................................... 11

2.3.6 Poros ulir ..................................................................................................... 12

2.3.7 Linier bearing .............................................................................................. 13

2.3.8 Frame Almunium ......................................................................................... 13

2.3.9 Bracket ......................................................................................................... 14

2.3.10 Shaft support dan pillow .............................................................................. 15

x

2.3.11 Siku .............................................................................................................. 16

2.3.12 Kopling ........................................................................................................ 16

2.4 Perangkat Lunak ...................................................................................................... 17

2.4.1 Perangkat lunak Arduino IDE ..................................................................... 17

2.4.2 Perangkat lunak Laser GRBL ...................................................................... 18

2.4.3 Corel DRAW ............................................................................................... 19

2.4.4 Solid work ................................................................................................... 20

2.4.5 Tegangan ..................................................................................................... 20

2.4.6 Faktor keamanan.......................................................................................... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................................... 25

3.1 Alat dan Bahan .................................................................................................... 25

3.1.1 Alat ................................................................................................................... 25

3.1.2 Bahan ................................................................................................................ 27

3.3 Diagram Alir Penelitian ........................................................................................... 28

BAB IV HASIL DAN ANALISIS .................................................................................... 35

4.1 Desain mesin laser engraving ............................................................................. 35

4.2 Pemilihan Material .............................................................................................. 36

4.3 Costing Material yang digunakan ....................................................................... 37

4.4 Analisis Struktur Poros Rail ............................................................................... 38

4.3.1 Free Body Diagram (FBD) .......................................................................... 38

4.2.1 Shearing Force Diagram (SFD) ................................................................... 39

4.2.2 Bending Momen Diagram (BMD) .............................................................. 40

4.2.3 Tegangan Bengkok ...................................................................................... 40

4.5 Analisis Baut Pengikat Bracket .......................................................................... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 44

5.1 Kesimpulan ............................................................................................................. 44

5.2 Saran ....................................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 45

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Desain mesin laser engraving ....................................................................... 4

Gambar 2. 2 Laser Diode ................................................................................................... 6

Gambar 2. 3 Motor stepper ................................................................................................ 6

Gambar 2. 4 Arduino Nano V3.0 ...................................................................................... 8

Gambar 2. 5 Shield arduino nano ...................................................................................... 9

Gambar 2. 6 Driver Motor Stepper A4988 ........................................................................ 9

Gambar 2. 7 Mosfet IRF 5305 S ..................................................................................... 10

Gambar 2. 8 Tombol Emergency .................................................................................... 10

Gambar 2. 9 Power supply .............................................................................................. 11

Gambar 2. 10 Poros rail ................................................................................................... 12

Gambar 2. 11 Poros ulir ................................................................................................... 12

Gambar 2. 12 Linier bearing ........................................................................................... 13

Gambar 2. 13 Frame almunium profile 2020 .................................................................. 13

Gambar 2. 14 Braket motor stepper................................................................................. 14

Gambar 2. 15 Bracket laser ............................................................................................ 14

Gambar 2. 16 Shaft support ............................................................................................. 15

Gambar 2. 17 Pillow ........................................................................................................ 15

Gambar 2. 18 Siku ........................................................................................................... 16

Gambar 2. 19 Kopling ..................................................................................................... 16

Gambar 2. 20 Tampilan software Arduino IDE .............................................................. 17

Gambar 2. 21 Tampilan software laser grbl .................................................................... 19

Gambar 2. 22 Tampilan aplikasi corel draw.................................................................... 19

Gambar 2. 23 Tegangan Tarik ......................................................................................... 20

Gambar 2. 24 Tegangan tekan ......................................................................................... 21

Gambar 2. 25 Tegangan geser ......................................................................................... 21

Gambar 2. 26 Tegangan bengkok .................................................................................... 22

Gambar 2. 27 Tegangan puntir ........................................................................................ 22

xii

Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ............................................................................... 28

Gambar 4. 1 Gambar 3D modeling ................................................................................. 35

Gambar 4. 2 Free Body Diagram (FBD) ......................................................................... 38

Gambar 4. 3 Shearing Force Diagram (SFD) .................................................................. 39

Gambar 4. 4 Bending Momen Diagram (BMD) ............................................................. 40

Gambar 4. 5 Tegangan Bengkok ..................................................................................... 40

Gambar 4. 6 Baut pengikat bracket ................................................................................. 42

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Spesifikasi laser diode ...................................................................................... 5

Tabel 2. 2 Spesifikasi motor stepper ................................................................................. 7

Tabel 2. 3 Spesifikasi arduino nano................................................................................... 8

Tabel 2. 4 Faktor keamanan ............................................................................................ 23

Tabel 3. 1 Daftar alat yang digunakan ............................................................................. 26

Tabel 3. 2 Daftar bahan yang digunakan ......................................................................... 27

Tabel 3. 3 Material properties SS400 .............................................................................. 30

Tabel 3. 4 Spesifikasi mesin laser engraving .................................................................. 30

Tabel 3. 5 Material properties Al 6063............................................................................ 31

Tabel 3. 6 Material properties PP .................................................................................... 32

Tabel 3. 7 Material properties baut .................................................................................. 33

4. 2 Tabel Pemilihan Material ......................................................................................... 36

4. 3 Tabel Costing Material ............................................................................................. 37

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation, yang merupakan alat untuk memancarkan radiasi elektromagnetik. Biasanya

dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat dilihat dengan mata normal.

Proses yang menggunakan pancaran sinar laser untuk memotong material yg diinginkan

dan biasanya diaplikasikan pada industri manufaktur disebut Laser Cutting, Proses lain

yang menggunakan teknologi Laser dalam industry manufaktur adalah Laser

Engraving dan Laser Marking. Laser Engraving adalah aktivitas laser yang digunakan

untuk mengikis permukaan material, sehingga tulisan, gambar atau foto dapat tampak pada

permukaan material tersebut. Laser Engraving juga dapat membantu kita membuat

bermacam – macam benda.

Prinsip kerja dari mesin laser engraving mirip dengan mengukir. Dimana sinar

panas laser digunakan untuk mengikis atau membuang bagian – bagian permukaan

material. Dikarenakan fungsinya hanya untuk mengukir, maka Laser Engraving tidak

dapat menghasilkan warna – warna. Yang dihasilkan biasanya hanya bekas – bekas

pembakaran yaitu hanya warna gosong akibat panas. Kontras dari hasil proses Laser

Engraving sangat bergantung pada jenis – jenis material dan besar kekuatan dari sinar laser

yang digunakan. Semakin besar kekuatannya, maka hasil sinar laser akan semakin gosong.

Material yang digunakan dalam proses engraving adalah non metal seperti kayu, kertas,

MDF, plastik, akrilik dan kulit. Sedangkan material yang digunakan untuk proses

engraving ini adalah karton atau kertas.

Laser Marking adalah sebuah sistem yang sekarang banyak digunakan di seluruh

dunia untuk berbagai aplikasi industri termasuk pemotongan, tanda, stamping, embossing

dan ukiran. Meskipun banyak keuntungannya, tidak banyak yang menggunakan mesin

Laser Engraving maupun Laser Marking karena harganya cukup mahal, karena itu penulis

bermaksud membuat rancang bangun mesin laser engraving yang harganya terjangkau

serta melakukan analisis perhitungan struktur yang digunakan untuk rancang bangun mesin

laser engraving.

2

1.2 Perumusan Masalah Dalam analisis ini masalah yang menjadi pokok bahasan dalam penyusunan skripsi

adalah:

1. Bagaimana menganalisis kekuatan struktur yang digunakan untuk Rancang Bangun

Mesin Laser Engraving

2. Bagaimana melakukan pemilihan material yang digunakan untuk Rancang Bangun

Mesin Laser Engraving.

1.3 Batasan Penelitian Dalam Rancang Bangun Mesin Laser Engraving ini pembahasan masalah hanya

difokuskan pada:

1. Analisis kekuatan struktur shaft yang digunakan untuk Rancang Bangun Mesin

Enggraving.

2. Analisis struktur menggunakan perhitungan manual.

3. Tidak membahas pengujian struktur secara aktual.

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dalam melakukan penelitian ini adalah:

1. Membuat Mesin Laser Engraving.

2. Melakukan perhitungan dalam analisis kekuatan struktur Mesin Laser Engraving.

1.5 Sistematika Penulisan Penulisan laporan ini dibagi menjadi lima bab yaitu:

BAB I. PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian

dan sistematika penulisan laporan.

BAB II. LANDASAN TEORI

Berisi tentang teori-teori yang mendukung perancangan dan analisis struktur

mesin laser engraving.

3

BAB III. METODE PENELITIAN

Berisi tentang diagram alir, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian

ini.

BAB IV. PEMBAHASAN DAN ANALISIS

Berisi pembahasan dan analisis struktur mengenai rancang bangun mesin

laser engraving.

BAB V. PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan dan saran.

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Laser Engraving Laser Engraving adalah aktivitas laser yang digunakan untuk mengikis permukaan

material, Dimana sinar panas laser digunakan untuk mengikis atau membuang bagian-

bagian permukaan material sehingga tulisan, gambar atau foto dapat tampak pada

permukaan 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 Desain mesin laser engraving

Mekanisme penggerak mesin laser engraving menggunakan motor stepper sebagai

aktuator linier pada setiap sumbu X, Y, dan Z. Seperi pada Gambar 2.1. Motor stepper

dikombinasikan dengan poros ulir untuk merubah putaran menjadi gerak linier dan laser

diode digunakan untuk mengikis kertas karton yang digunakan untuk objek pegujian.

Keterangan :

1. Motor stepper ‘Z’ 2. Poros ulir 3. Poros rail 4. Frame 5. Motor stepper ‘X’ 6. Pillow 7. Landasan 8. Motor stepper ‘Y’

1 2

3

7 8

5

4

6

5

Motor stepper sumbu X untuk menggerakkan laser ke arah kiri dan kanan, Motor

stepper sumbu Y untuk menggerakkan area kerja kedepan dan ke belakang dan Motor

stepper sumbu Z digunakan untuk mengatur ketinggian laser dengan area kerja atau benda

kerja.

2.2 Komponen Elektrikal Komponen eletrikal yang digunakan pada sistem kontrol mesin laser engraving dalam

penelitian ini sebagai berikut:

2.21 Laser diode Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation, Yang merupakan alat untuk memancarkan radiasi elektromagnetik yang tidak

dapat dilihat maupun dapat dilihat dengan mata normal. [1]

Daya laser yang digunakan adalah berdaya 2,500 mW yang sangat cocok untuk

mengukir atau mengikis benda kerja non metal seperti kertas, kayu, plastik dan akrilik,

Laser ini terletak di dalam bracket dan diatas laser dipasang kipas untuk pendingin pada

saat laser mengeluarkan sinar atau cahaya. Berikut spesifikasi laser diode: [2]

Tabel 2. 1 Spesifikasi laser diode

Laser Specification Brand OEM Model LA03-2500 Heatsink Material Aluminium Output Power 2,500 mW (2.5W) Wavelength 445 nm (Blue Laser Voltage DC 24 V Current 5A Beam Shape Dot (Focusable) Life time 10,000 hour Working Temperature 40 - 75 C Can Engrave MDF, Paper, Wood, Plastic, Leather

6

Gambar 2. 2 Laser Diode

2.2.2 Motor stepper

Motor Stepper adalah seperangkat alat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah

pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis. Pemilihan stepper motor sebagai aktuator atau

penggerak dilakukan karena motor tersebut dapat dikendalikan dengan cukup mudah dan

memiliki ketelitian yang tinggi. Adapun motor yang akan digunakan pada rancang bangun

mesin laser engraving ini adalah stepper motor 17HS1352 dengan torsi (0.25Nm) 1.3

Ampere. [3]

Motor stepper sumbu X untuk menggerakkan laser ke arah kiri dan kanan, Motor

stepper sumbu Y untuk menggerakkan area kerja kedepan dan ke belakang dan Motor

stepper sumbu Z digunakan untuk mengatur ketinggian laser dengan area kerja atau benda

kerja. Adapun konstruksi dasar dari stepper motor dapat dilihat pada Gambar 2.3: [4]

Gambar 2. 3 Motor stepper

7

Berikut spesifikasi motor stepper yang digunakan mesin laser engraving sebagai berikut: [5]

Tabel 2. 2 Spesifikasi motor stepper

Motor Stepper Specifications Model Number 17HS1352 Phase Number 2 Operating Voltage 12 - 24 V Current 1.33 A Step Angle 1.8 Degree Resistance 2.1 ohm Inductance 2.5mH Radial Torque 2.5 kg.cm Holding Torque 1.26 N.m Shaft Diameter 5 mm Rotary inertia 35g.cm^2 Motor Weight 0.22 kg Dimension 42 42 x 34 mm (L x W x D)

2.2.3 Mikrokontroller Mikrokontroller adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian

elektronik dan dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroller yang digunakan

dalam mesin laser engraving yaitu Arduino nano.

Arduino Nano adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroler yang

berbasis chip ATmega328P dengan bentuk yang sangat mungil dan berfungsi sebagai

arena prototyping sirkuit mikrokontroller. [6]

8

Gambar 2. 4 Arduino Nano V3.0

Pemilihan Arduino nano sebagai mikrokontroller pada rancang bangun mesin laser

engraving, karena Arduino nano sudah dilengkapi dengan beberapa fasilitas yang dapat

digunakan berkomunikasi dengan komputer atau dengan board mikrokontroller lainnya.

Berikut spesifikasi Arduino nano. [7]

Tabel 2. 3 Spesifikasi arduino nano

Device Keterangan Chip mikrokontroller ATmega328P Tegangan operasi 5V Tegangan input 7V - 12V Digital I/O pin 14 buah, 6 diantaranya PWM Analog Input pin 6 buah Arus DC per pin I/O 40 mA Memori Flash 32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk bootloader SRAM 2 KB EEPROM 1 KB Clock speed 16 Mhz Dimensi 45 mm x 18 mm Berat 5 G

2.2.4 CNC shield CNC Shield dapat digunakan sebagai papan ekspansi driver untuk controller mesin

laser engraving. CNC Shield memiliki beberapa port yang nantinya terhubung ke masing-

masing port seperti ke PC, stepper motor 3 axis, input device, usb connector dan sumber

tenaga (power).

Dengan menggunakan CNC shield keyes pada rancang bangun mesin laser engraving,

mempermudah untuk menghubungkan modul lain seperti limit switch dan dapat

menambahkan fitur atau fungsi khusus pada arduino, Seperti terlihat pada gambar 2.5 [8].

9

Gambar 2. 5 Shield arduino nano

Fitur shield

• Port driver motor stepper 3 axis

• Kompatibel dengan controller arduino nano

• Dapat dikontrol dalam motor stepper empat-fase dua fase

• Limit switch 3 axis

• Dapat terhubung ke LCD I2C atau modul I2C lainnya

• Input tegangan 7.5-12V

• Kompatibel dengan Laser GRBL

2.2.5 Driver motor stepper Driver Motor merupakan komponen yang berfungsi untuk mengkomunikasikan

controller dengan aktuator serta memperkuat sinyal keluaran dari kontroler sehingga dapat

dibaca oleh aktuator atau motor stepper. Dalam perancangan elemen sistem kontrol mesin

laser engraving, motor driver yang akan digunakan adalah Driver A4988. Yang dapat di

lihat pada Gambar 2.6: [9]

Gambar 2. 6 Driver Motor Stepper A4988

10

2.2.6 Mosfet MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sejenis

transistor yang digunakan sebagai penguat dan sering difungsikan sebagai saklar

elektronik. Mosfet pada rancang bangun mesin laser engraving di gunakan untuk driver

pengendali Laser device. Yang dapat di lihat pada Gambar 2.7: [10]

Gambar 2. 7 Mosfet IRF 5305 S

2.2.7 Tombol emergency Emergency Stop merupakan bagian dari kontrol Sistem yang berfungsi sebagai

rangkaian pemutus darurat apabila terjadi kegagalan operasional suatu sistem. Tombol

Emergency disebut juga tombol darurat yang bertugas untuk mengamankan sistem dari

kerusakan tingkat lanjut dan mematikan suatu sistem operasional secara keseluruhan

dengan satu tombol seperti pada gambar 2.8. [11]

Gambar 2. 8 Tombol Emergency

[Sumber: https://akhdanazizan.com/tombol-tekan-push-button]

11

2.2.8 Power supply Power Supply merupakan sebuah perangkat yang berfungi untuk mengubah tegangan

AC menjadi DC. Pada mesin laser engraving ini menggunakan power supply yang akan

dihubungkan pada kabel mini USB yang ada di Arduino sebagai tenaga atau power.

Gambar 2. 9 Power supply

[Sumber: https://www.ebay.ie/itm/12V-10A-AC-DC-PSU-Adaptor-Power-Supply-Pack-for-TV-

and-LCD-Screen-Monitor-NEW-/401390054689]

2.3 Komponen Mekanis Komponen mekanis yang digunakan untuk mendukung sistem control pada mesin

laser mesin laser engraving sebagai berikut:

2.3.5 Poros rail Poros rail adalah salah satu bagian terpenting dari mesin. Hampir semua mesin

meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan dalam transmisi seperti itu

dipegang oleh poros.

Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat

dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear). Poros yang digunakan

menggunakan material SS400 dengan diameter 8 mm, seperti gambar 2.10 [13]

12

Gambar 2. 10 Poros rail

2.3.6 Poros ulir Poros Ulir adalah sebagai penghubung dan menerjemahkan gerakan memutar menjadi

gerakan linear. Poros Ulir biasanya digunakan untuk mekanisme aktuator dan positioner

daya rendah [14]

Gambar 2. 11 Poros ulir

[Sumber: https://www.ebay.com/itm/100mm-3D-Printer-8mm-Lead-Screw-Rod-Nut-Z-Axis-

Linear-Rail-Bar-Shaft-D1J8-/172673668988]

13

2.3.7 Linier bearing Linier Bearing adalah bantalan yang dirancang untuk memberikan gerakan bebas

dalam satu arah atau gerak linier sehingga mengurangi gesekan antara dua bagian yang

bergerak. Dengan adanya Linier Bearing, gesekan antara dua bagian menjadi sangat

minim. Pada rancang bangun mesin laser engraving ini menggunakan linier bearing dengan

type LM8UU (Inner 8mm, Outer 15mm Length 24mm) seperti pada gambar. 2.12 [15]

Gambar 2. 12 Linier bearing

[Sumber: https://www.euro-bearings.com/linindex.htm]

2.3.8 Frame Almunium Dalam rancang bangun mesin laser engraving untuk struktur frame menggunakan

almunium v - slot 2020 seperti pada gambar dengan material almunium 6063 dan siku

sebagai pengunci atau penyambung antara frame satu dengan lainnya.

Gambar 2. 13 Frame almunium profile 2020

[Sumber: https://www.diy-india.com/shop/v-slot-and-t-slot/2020-t-slot-aluminium-extrusion-119/]

14

2.3.9 Bracket Bracket yang digunakan untuk menyangga motor stepper menggunakan plat besi dan

bracket laser bebahan plastik. Bracket yang digunakan untuk rancang bangun mesin

engraving ada dua yaitu bracket motor stepper dan bracket laser.

Fungsi bracket adalah sebagai penyangga motor stepper dan laser supaya tidak jatuh,

Bracket sangat efisien cara pemakaiannya dibanding menggunakan kawat atau tali sebagai

penyangga suatu komponen. Dengan menggunakan baut sebagai pengikat yang di pasang

diantara frame almunium v- slot 2020, dengan desain seperti pada gambar 2.14.

Gambar 2. 14 Braket motor stepper

Gambar 2. 15 Bracket laser

Laser

Bracket

15

2.3.10 Shaft support dan pillow Shaft support atau blok pendukung poros linier ini memiliki diameter dalam 8 mm

terbuat dari aluminium untuk mengunci poros, dan membantu secara akurat menyelaraskan

poros linier yang digunakan pada setiap sumbu gerak mesin laser engraving.

Gambar 2. 16 Shaft support

Sedangkan pillow berfungsi sebagai bantalan poros ulir pada sumbu x dan sumbu y yang

digerakkan oleh motor stepper untuk mengurangi gesekan rotasi sehingga tidak

membebani kinerja motor.

Gambar 2. 17 Pillow

16

2.3.11 Siku Komponen berbahan alumunium yang memiliki sudut 90 derajat atau berbentuk

huruf ‘L’ dan lempengan berbentuk vertikal dan horisontal serta setiap ujung atau sisinya

memiliki lubang untuk lubang baut, fungsi siku dirancang bangun mesin engraving ini

untuk menyatukan frame alumunium dengan frame alumunium lainnya dengan diletakkan

disudut frame dan dikencangkan oleh baut supaya frame tersambung dan kuat. Seperti

terlihat pada gambar 2.18.

Gambar 2. 18 Siku

2.3.12 Kopling Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya

dari poros penggerak ke poros yang digerakan. Kopling yang digunakan untuk rancang

bangun mesin laser engraving adalah jenis kopling tetap, yang sistem kerjanya yaitu

meneruskan putaran atau daya tanpa terjadi slip dan umumnya kopling tersebut tidak dapat

dilepaskan sambungannya pada waktu poros dalam keadaan berputar. [16]

Gambar 2. 19 Kopling

17

2.4 Perangkat Lunak Perangkat lunak (software) yang digunakan mesin laser engraving ini adalah sebagai

berikut:

2.4.1 Perangkat lunak Arduino IDE IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE

Arduino terdiri dari: [17]

- Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan

mengedit program dalam bahasa Processing (red: yang benar adalah dalam bahasa

C/C++ yang disederhanakan, yang merupakan turunan dari proyek open source

Wiring.

- Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing C/C++)

menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa

memahami bahasa Processing (red: tingkat tinggi seperti C/C++). Yang bisa

dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler

diperlukan dalam hal ini.

- Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory

di dalam papan Arduino.

Berikut ini adalah contoh tampilan IDE Arduino dengan sebuah sketch yang sedang diedit:

Gambar 2. 20 Tampilan software Arduino IDE

18

2.4.2 Perangkat lunak Laser GRBL Grbl adalah sebuah Sofware untuk mengontrol gerakan CNC yang dapat di unggah ke

library Arduino. Pada dasarnya Grbl adalah sebuah hex file yang dapat di unggah ke

Arduino agar Arduino dapat membaca perintah dalam G-code. [18]

Software ini memudahkan pengguna dalam proses pemrograman sebuah mesin CNC.

Pengguna bisa memberikan perintah secara langsung atau pengguna juga bisa

menggunggah satu file dalam bentuk notepad yang berisi kode – kode Nc. Code.

Keterangan GRBL:

1. Nama port Berisi pilihan port serial yang berfungsi mentranfer dan menerima

data dari arduino uno, pilih yang konek Arduino.

2. Choose File Berfungsi untuk memasukkan gambar desain yang berupa kode NC.

3. Baudrate Untuk mengatur kecepatan aliran data dalam satuan bps (bit per

second).

4. Axis control Terdapat tombol pilihan untuk mengontrol koordinat sumbu X,Y

dan Z.

Simbol control Y. Simbol control X Simbol control Z

5. Visualizer Berisi tampilan desain dari kode NC.

6. Advanced Berfungsi untuk mengatur GRBL controller

7. Machine coordinate and Work Coordinates. Untuk menunjukkan tampilan jarak

dari koordinat sumbu X, Y dan Z.

19

Gambar 2. 21 Tampilan software laser grbl

2.4.3 Corel DRAW Sebagai media desain untuk membuat berbagai macam desain sample uji kinerja

mesin laser engraving seperti uji sample untuk desain garis.

Gambar 2. 22 Tampilan aplikasi corel draw

1

2 3

4 5 6

7

20

2.4.4 Solid work Solidwork digunakan untuk membuat gambar baik gambar dua dimensi ataupun tiga

dimensi dan dalam penelitian ini solidwork digunakan untuk menggambar komponen yang

digunakan untuk membuat mesin laser engraving.

2.4.5 Tegangan Tegangan (stress) didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya yang bekerja

pada benda dengan luas penampang benda.

Jenis - jenis tegangan:

• Tegangan Tarik yaitu besar gaya tarik dibagi dengan luas penampang suatu benda. Tegangan Tarik termasuk gaya persatuan luas, dengan rumus: [19]

σt = F/A σt = Tegangan tarik (kg/cm²) F= Gaya yang bekerja/beban (kg) A = Luas penampang (cm²)

Gambar 2. 23 Tegangan Tarik

[Sumber: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-macam-tegangan.html]

• Tegangan Tekan adalah tegangan yang terjadi di dalam suatu batang apabila gaya-

gaya luar yang bekerja padanya adalah gaya-gaya tekan. Dengan rumus sebagai

berikut: [20]

σd = F/A σd = Tegangan tekan (kg/cm²) F = Gaya yang bekerja/beban (kg) A = Luas penampang (cm²)

21

Gambar 2. 24 Tegangan tekan

[Sumber: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-macam-tegangan.html]

• Tegangan Geser yaitu tegangan yang bekerja sejajar dengan permukaan yang

mengalami tegangan. [21]

Rumus tegangan geser tg. = F/A

tg = Tegangan geser (kg/cm²) F = Gaya yang bekerja/beban (kg) A = Luas penampang (cm²)

Gambar 2. 25 Tegangan geser

[Sumber: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-macam-tegangan.html]

• Tegangan lengkung atau tegangan bengkok adalah tegangan yang terjadi akibat

adanya daya tekan dari atas sehingga benda menjadi lengkung atau bengkok. [22]

22

Rumus: σb = 𝑀𝑏𝑊𝑏

σb = Gaya bengkok (N)

Mb = Momen bengkok (N/m2)

Wb = Momen tahanan bengkok (m2)

Gambar 2. 26 Tegangan bengkok

• Tegangan puntir merupakan tegangan yang diakibatkan oleh gaya putar, tegangan

ini sering terjadi pada poros roda gigi dan batang torsi pada roda mobil, juga

dilakukan pada saat pengeboran jadi merupakan tegangan tangensial. [23]

Gambar 2. 27 Tegangan puntir

[Sumber: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-macam-tegangan.html]

23

2.4.6 Faktor keamanan Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari

suatu bagian mesin. Tujuan menggunakan faktor keamanan adalah:

1. Untuk menanggulangi berbagai faktor yang tidak menentu yang berkaitan pada

suatu perencanaan misalnya bentuk suatu elemen mesin yang demikian

komplek.

2. Untuk mendapat tegangan diperbolehkan dimana diharapkan tegangan yang

timbul berada dibawah tegangan diperbolehkan.

3. Metode untuk menentukan tegangan yang diijinkan.

Berikut tabel faktor keamanan untuk material berbahan steel, seperti pada tabel

2.17: [24]

Tabel 2. 4 Faktor keamanan

No Beban Golongan I Golongan II Golongan III

1 Statik 1.7 - 2.0 1,9 - 2,3 2,7 - 3,4

2 Dinamis I 2.0 - 2.3 2,3 - 2,7 3,4 - 4,0

3 Dinamis II 2.3 - 2.7 2,7 - 3,2 4,0 - 4,7

Keteranagan:

1. Beban Statis adalah beban dapat dikatakan konstan, contohnya pada baut pengikat.

2. Beban Dinamis I adalah beban bergerak dengan besarnya yang berubah. Tegangan

timbul hanya satu macam saja, contohnya beban pada batang puntir.

3. Beban Dinamis II adalah Pembebanan seperti pada beban dinamis I tetapi tegangan

yang timbul terdiri dari 2 macam tegangan, misalnya tegangan bengkok dan

tegangan puntir, contohnya poros penggerak.

4. Golongan I adalah dalam penggolongan ini yang menggunakan peralatan muntahir

seperti mesin CNC yang mampu menghasilkan produk yang presisinya dan

ketahanannya tinggi.

24

5. Golongan II adalah yang menggunakan peralatan cukup baik tetapi menghasilkan

produk yang presisinya dan ketahanannya biasa saja dan peralatan masih

sederhana.

6. Golongan III adalah yang menggunakan peralatan sederhana sehingga produknya

mempunyai presisi dan ketahanan cukup sederhana.

25

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Untuk mencapai hasil penelitian yang sesuai dengan tujuan yng diharapkan, tahapan

dari penelitian ini selanjutnya direncanakan dalam tahapan-tahapan yang berisi kegiatan

penelitian sebagaimana dijelaskan dalam bagian berikut.

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat Dalam penelitian ini peralatan yang digunakan selama pembuatan mesin laser

engraving adalah sebagai berikut:

1) Mesin Gerinda digunakan untuk memotong frame.

2) Mesin Bor digunakan untuk membuat lubang baut.

3) Kunci L digunakan untuk mengencangkan baut supaya frame dan

material lainnya terinstal dengan kencang.

4) Calliper digunakan untuk mengukur diameter poros dan frame.

5) Digital Scale digunakan untuk menimbang material supaya diketahui

berat masing – masing material.

6) Penggaris digunakan untuk mengukur panjang material yang digunakan

untuk rancang bangun mesin laser engraving.

7) Gunting digunakan untuk memotong kabel.

8) Kaca mata laser digunakan untuk melihat cahaya laser saat pengujian

laser mengikis benda kerja.

9) Obeng Plus & Minus digunakan untuk mengencangkan baut saat

menginstal kabel ke Arduino board.

10) Solder digunakan untuk menyolder komponen ke Arduino board.

26

Tabel 3. 1 Daftar alat yang digunakan

Name Quantity

Mesin Gerinda 1

Mesin Bor 1

Mata Bor 5mm 1

Set kunci L 1

Calliper 1

Digital Scale 1

Penggaris 1

Gunting 1

Laser Safety Glass 1

Obeng Plus & Minus 1

Solder 1

27

3.1.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam rancang bangun mesin laser engraving:

Tabel 3. 2 Daftar bahan yang digunakan

Name Model – Size Quantity

Almunium V Slot 2020 20 x 20 x 240 mm 2 20 x 20 x 220 mm 4 20 x 20 x 200 mm 2

Almunium V Slot 20100 20 x 20 x 200 mm 1 Corner Braketgusset 90 2020 12 Linier Axis 8mm 2 Linier Axis 8mm 2 Linier Axis 8mm 2 Linier Bearing LM8UU 8 Linier Bearing LM8L 2 Saft Support SK8 8 Pillow T8 KP08 inner 8mm 2 Plate Bracket Stepper Motor 2 Coupling 5mm-8mm 14 x 25mm 3

Lead Screw T8

90mm 1 210mm 1 230mm 1 Nut Copper T8 6 Spring 2

Motor Stepper 17HS1352S 3 Driver Stepper A4988 1 Controller Arduino Nano V.3.0 1 CNC Shield Keyes Arduino Nano 1 Mosfet IRF 5305S 1 Fan 30 mm 1 Power Supply/Adaptor 24.V 1 Laser Diode 2,500 mW 1

Bolt M5 x 10 54 M5 x 8 4 M3 x 6 12

T Nut Almunium 2020 M5 58 Washer M5 54 Kabel Jumper Male To Male, Male T 6

28

3.3 Diagram Alir Penelitian Diagram alir adalah sebuah jenis diagram yang mewakili algoritme, alir kerja atau

proses, yang menampilkan langkah-langkah dalam bentuk simbol-simbol grafis, dan

urutannya dihubungkan dengan panah.

Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian

Mulai

Studi Literatur

Desain (3D Modeling)

Pemilihan Material

Analisis

OK

Evaluasi

Kesimpulan

Selesai

Tidak

Ya

29

Tahapan yang dilakukan pada penelitian rancang bangun mesin laser engraving

dengan microcontroller CNC berbasis arduino nano adalah sebagai berikut :

Tahapan yang dilakukan pada penelitian rancang bangun mesin laser engraving

adalah sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Tahap pertama penelitian ini dilakukan tahapan mencari literatur yang berkaitan dengan

penelitian ini, dengan harapan perancangan dan pelaksanaan penelitian sesuai dengan

yang diharapkan.

1.1 Laser engraving

1.2 Komponen Elektrikal, Meliputi:

1.2.1 Laser diode

1.2.2 Motor stepper

1.2.3 Mikrokontroler

1.2.4 CNC shield

1.2.5 Driver motor stepper

1.2.6 Mosfet

1.2.7 Tombol emergency

1.2.8 Power supply

1.3 Komponen Mekanik, Meliputi:

1.3.1 Poros rail

1.3.2 Poros ulir

1.3.3 Linier bearing

1.3.4 Frame alumunium

1.3.5 Bracket

1.3.6 Shaft support dan pillow

1.3.7 Siku

1.3.8 Kopling

1.4 Perangkat Lunak, Meliputi:

1.4.1 Perangkat lunak Arduino

1.4.2 Perangkat lunak laser GRBL

1.4.3 Corel draw

1.4.4 Solidwork

30

1.4.5 Tegangan

1.4.6 Faktor keamanan

2. Pemilihan Material

Tahap kedua ini adalah tahapan pemilihan material yang akan digunakan untuk

merancang mesin laser engraving.

2.1 Shaft SS400

Material yang digunakan adalah berbahan Steel SS400 untuk shaft supaya material tidak

mudah karat dan mudah di dapat. Berikut adalah Material properties SS400: [sumber: JIS

G3101-10 Rolled Steels for General Structure]

Tabel 3. 3 Material properties SS400

2. 2 Spesifikasi Mesin Laser Engraving

Berikut spesifikasi mesin laser engraving, Seperti pada tabel 3.4

Tabel 3. 4 Spesifikasi mesin laser engraving

No Deskripsi Spesifikasi 1 Working Area 240 x 180 x 45 mm 2 Material Alumunium, Steel dan Plastick 3 Frame Size 260 x 240 x 220 mm 4 Stepper Motor 3 Pieces Two phase stepper motor 1,3 A 0,25 Nm 5 Software GRBL Controller 6 Power Supply 24 V 5A dan 12 V 3A 7 Support System Windows Xp, Win 7, Win 8, Win 10, Linux 8 Laser 2500mw / 450 nm

thickness (t) mm Test Piece %

t ≤ 16 16 ˂t ≤ 40 40 ˂t ≤ 100 t ˃ 100

6 ≤ t ≤ 16 No. 1A 17 min

16 ˂t ≤ 50 No. 1A 21 min

40 ˂ t No. 4 23 min

SS400 0.050 max0.050 max--- 245 min 235 min 215 min 205 min 400 ̴ 510

Chemical Compositions %

Thickness (t) mm

Yield Point or T ield Strength N/ Elongation

Tension Test

Tensile Strength N/ SGrade Thickness (t) mm C Mn P

𝑚𝑚

𝑚𝑚2

31

2.3 Alumunium frame

Material yang digunakan untuk membuat frame pada mesin laser engraving adalah

berbahan alumunium karena alumunium tahan terhadap korosi selain itu juga lebih ringan

dan harga terjangkau. Berikut adalah Material properties Al 6063:

Tabel 3. 5 Material properties Al 6063

[Sumber: Aluminium Alloy 6063 - T6 Extrusions]

Property Value Density 2.70 g/cm³ Melting Point 655 °C Thermal Expansion 23.5 x10-6 /K Modulus of Elasticity 69.5 GPa Thermal Conductivity 201 W/m.K Electrical Resistivity 52 % IACS Electrical Resistivity 0.033 x10-6 Ω .m Proof Stress 170 Min MPa Tensile Strength 215 Min MPa Elongation A50 mm 6 Min % Hardness Brinell 75 HB Elongation A 8 Min %

32

2.4 Bracket laser

Bracket laser berbahan plastik atau properties of polypropelene (PP), berikut material properties (PP) seperti pada tabel 3.6.

Tabel 3. 6 Material properties PP

33

2.4 Baut Pengikat bracket

Baut yang digunakan untuk mengikat bracket M5 (diameter 5mm). berikut daftar

properties material baut M5 berdasarkan standar ASTM F568 untuk baja karbon rendah

dan menengah, dengan grade 4.6, seperti pada tabel 3.5:

Tabel 3. 7 Material properties baut

[sumber: http://itc.co.ir/wp-content/uploads/2015/01/F-568M-–-98.pdf] Markings & Mechanical Prperties

Grades Markings Size Range Yield Strength (min) [MPa]

TensileStrength (min) [MPa] Hardness [Rockwell]

Class 4.6

5–100 240 400 B67–95

3. Desain (3D Modeling)

Tahap ketiga perancangan mesin laser engraving sesuai dengan spesifikasi yang

diinginkan. konsep perancangan dilakukan dengan mempertimbangkan jenis laser, ,

struktur material dan material yang akan di proses engraving. Dalam pembuatan desain

perancangan dengan menggunakan software Solidwork.

4. Analisis

Tahap keempat adalah proses analisis struktur yang akan digunakan pada perancangan

mesin laser engraving dengan melakukan perhitungan secara teoritis. Jika hasil “OK”

maka lanjut ke tahap berikutnya dan jika “Tidak” maka kembali ke tahap pemilihan

material. Anallisis struktur hanya akan dilakukan pada bagian yang paling kritis yaitu

poros rail dan baut pengikat bracket. Poros rail akan menerima beban akibat berat dari

motor stepper dan unit laser sehingga dikhawatirkan terjadi bengkok dan lenturan.

Sedangkan baut pengikat bracket diperiksa kekuatannya terhadap kemungkinan patah

akibat beban geser karena menyangga komponen-komponen motor, laser, poros dan lain

lain.

34

5. Evaluasi

Tahap kelima adalah evaluasi hasil perhitungan secara teoritis, apakah struktur yang

digunakan mampu menahan beban yang dibebankan ke struktur mesin laser engraving.

7. Kesimpulan dan saran

Tahap keenam adalah tahap terakhir pada penelitian ini yaitu memberikan kesimpulan

dari pengujian dan analisis data yang diperoleh, memberikan saran untuk penelitian

dengan tahap selanjutnya.

35

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

Pada Bab ini akan dibahas mengenai analisis struktur mesin laser engraving yang dibuat.

Analisis struktur hanya dilakkukan pada bagian yang paling kritis yaitu poros rail dan baut

penahan bracket.

4.1 Desain mesin laser engraving Desain (3D modeling) mesin laser engraving dilakukan berdasarkan diagram alir pada

Gambar 4.1. Desain (3D modeling) mesin laser engraving menggunakan software solidwork dimulai dengan menentukan beberapa kriteria desain yang di inginkan yaitu:

1. Aman 2. Mudah perawatan 3. Mudah dalam penggunaannya 4. Harga relatif murah 5. Spare part mudah didapat. 6. Ringan

Gambar 4. 1 Gambar 3D modeling

Keterangan :

1. Motor stepper ‘Z’ 2. Poros ulir 3. Poros rail 4. Frame 5. Motor stepper ‘X’ 6. Pillow 7. Landasan 8. Motor stepper ‘Y’

1 2

3

7 8

5

4

6

36

4.2 Pemilihan Material Material yang digunakan untuk poros penggerak dan frame di Rancang Bangun Konstruksi

Mesin Laser Engraving adalah sebagai berikut:

4. 1 Tabel Pemilihan Material

No Pemilihan Material 1 Poros penggerak

Poros rail

Tidak Mudah rusak Tidak ada Slip Tidak cepat rusak Perawatan lebih mudah Masa pemakaian lebih lama

Timing belt

Mudah rusak jika terkena panas berebih Mudah Slip Rentan Putus Memerlukan perawatan ekstra

Masa pemakaian paling rendah dibanding dengan poros ulir

2 Frame

Alumunium Frofile

Tidak mudah karat Bahan lebih ringan Bahan lebih murah lebih mudah didapat

Besi

Mudah Karat bahan berat susah didapat Haraga mahal

37

4.3 Costing Material yang digunakan

4. 2 Tabel Costing Material

No Part Name Price Qty Amount 1 Stepper Motor 250,000 3 750,000 2 Motor Spindel 775 550,000 1 550,000 3 8mm Coupling motor stepper 30,000 1 30,000 4 8mm diameter, 5mm pitch, 250mm long ballscrew (X Axis) 125,000 1 125,000 5 8mm 250mm long shaft (X Axis) 90,000 2 180,000 6 8mm Pillow Block Bearing 60,000 2 120,000 7 8mm Nut Anti Backlash & Housing 50,000 1 50,000 8 8mm shaft support 35,000 4 140,000 9 8mm Linear Bearing 15,000 4 60,000

10 Body Braket Stepper (X Axis) 200,000 1 200,000 11 8mm Coupling motor stepper 30,000 1 30,000 12 8mm diameter, 5mm pitch, 300mm long ballscrew (Y Axis) 150,000 1 150,000 13 8mm 300mm long shaft (Y Axis) 90,000 2 180,000 14 8mm Pillow Block Bearing 60,000 2 120,000 15 8mm Nut Anti Backlash & Housing 50,000 1 50,000 16 8mm shaft support 35,000 4 140,000 17 8mm Linear Bearing 15,000 4 60,000 18 Plat Braket Stepper 20,000 1 20,000 19 8mm Coupling motor stepper 30,000 1 30,000 20 8mm diameter, 5mm pitch, 100mm long ballscrew (Z Axis) 100,000 1 100,000 21 8mm 100mm long shaft (Z Axis) 50,000 2 100,000 22 8mm Pillow Block Bearing 60,000 1 60,000 23 8mm Nut Anti Backlash & Housing 50,000 1 50,000 24 Laser Bracket / Spindel Bracket 150,000 1 150,000 25 8mm Linear Bearing 15,000 2 30,000 26 Plate Almunium 180x100 mm (Work Area) 100,000 1 100,000 27 Frame Almunium 20x20x1000 100,000 4 400,000 28 Corner Bracket 2020 Aluminium Profile 10,000 10 100,000 29 Controller 575,000 1 575,000 30 Driver A4388 35,000 6 210,000 31 Heatsink 3,000 3 9,000 32 USB 15,000 1 15,000 33 Laser 2500Mw 1,350,000 1 1,350,000 34 Power Supply/Adaptor 24V. 5,62 A 135,000 1 135,000 35 Laser Safety Glass 70,000 1 70,000 36 Kabel Socket 10,000 5 50,000 37 kunci L 15,000 1 15,000 38 Fan 30mm 50,000 1 50,000 39 Bolt M3 x 50 3,000 4 12,000 40 Bolt M5 x 20 1,500 6 9,000 41 Bolt M5 x 10 1,200 65 78,000 42 Bolt M3 x 8 1,000 10 10,000

38

43 Nut M5 1,000 65 65,000 44 Washer M5 100 30 3,000 45 Washer M5 150 6 900 46 Nylon Washer M5 2,500 4 10,000 47 Mata Bor 5mm 40,000 1 40,000

Total 6,781,900

4.4 Analisis Struktur Poros Rail 4.3.1 Free Body Diagram (FBD)

Poros yang digunanakan untuk rancang bangun mesin laser engraving ini panjangnya 240

mm dan berat yang ditahan oleh poros adalah 400 gram (0.4 Kg), maka free body

diagramnya sebagai berikut:

Gambar 4. 2 Free Body Diagram (FBD)

Keterangan:

P = Beban yang diberikan (N)

L = Panjang Poros (mm)

RA = Reaksi gaya Vertikal titik A

RB = Reaksi gaya Vertikal titik B

Diketahui:

P = 0.4 Kg = 4 N

L = 240 mm

Penyelesaian:

ΣMA = 0

˗ RB x L + P x ½ x L = 0

RA = 0.2 Kg RB = 0.2 Kg

P = 0.4 Kg

L = 240 mm

120 mm 120 mm

39

˗ RB x 240 + 4 x 120 = 0

- 240 RB – 480 = 0

RB = 480 / 240

RB= 2 N

ΣMB = 0

RA x L - P x ½ x L = 0

RA x 240 mm - 4 x 120 = 0

240 RA = 480

RA = 480 / 240

RA = 2 N

4.2.1 Shearing Force Diagram (SFD)

Gaya lintang untuk menggambarkan Shearing Force Diagram (SFD) adalah seperti pada

Gambar 3.4 berikut:

Gambar 4. 3 Shearing Force Diagram (SFD)

SFA = RA

= 2 N

SFC = ½ P – P

= – ½ P

= – ½ x 4 N

A B C (+)

( - ) ½ P

½ P

40

= – 2 N

SFB = RB

= 2 N

4.2.2 Bending Momen Diagram (BMD)

Gambar 4. 4 Bending Momen Diagram (BMD)

Bending Momen Diagram:

MA = 0

MC = RA x ½ L

= 2 N x 120

= 240 Nmm

MB = 0

4.2.3 Tegangan Bengkok Tegangan lengkung atau tegangan bengkok adalah tegangan yang terjadi akibat adanya

daya tekan dari atas sehingga benda menjadi lengkung atau bengkok.

Gambar 4. 5 Tegangan Bengkok

A B C

(+)

41

dimana:

F = Gaya bengkok (N)

Mb = Momen bengkok (N/m2)

Wb = Momen tahanan bengkok (m2)

Mb = F x ½ L

= 4 N x 120

= 480 N mm

Wb = untuk poros pejal = π𝑑3

32

= π 83

32

= 50.24 mm3

Tegangan bengkok yang terjadi adalah:

σb = 𝑀𝑏𝑊𝑏

= 48050.24

= 9.554 N/mm2

Jika diketahui melalui material properties untuk steel SS400 (Tabel 3.4), Tegangan

maksimumnya adalah: 400 – 510 N/mm2 dan tegangan yield ny adalah 245 N/mm2 maka

untuk perhitungan tegangan ijinnya adalah sebagai berikut:

σi = σy𝑉

= 245 𝑁/𝑚

2 = 122.5 N/mm2

Jadi dapat diketahui σb (Mb) < σi yaitu

9.554 N/mm2 < 122.5 N/mm2.

Maka dapat dikatakan struktur poros steel SS400 masih aman.

42

4.5 Analisis Baut Pengikat Bracket Baut pengikat bracket mengalami beban geser (shear) akibat adanya berat motor, unit

laser, dan poros rail seperti terlihat pada gambar 4.6 di bawah ini.

Gambar 4. 6 Baut pengikat bracket

Tegangan geser yang terjadi adalah sebagai berikut:

tg = 𝐹𝐴

F = Gaya berat motor, unit laser, dan poros rail

= 0.5 Kg = 5 N

A = Luas penampang baut (ada 8 baut)

= 8 x πd2/4

= 8 x (3.14 x52)/4

= 157 mm2

Jadi tg = 5157

= 0.032 N/mm2

F

43

Tegangan geser ijin = τi = 𝐾𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛

dimana: Kekuatan geser = 0.5 x kekuatan Tarik = 0.5 x 240 Mpa (ASTM F568) = 120 MPa Faktor keamanan = 2

Sehingga tegangan geser ijin = τi = 1202

= 60 Mpa = 60 N/mm2

Dengan demikian, baut aman terhadap beban yang terjadi karena Teganngan geser yang

terjadi lebih kecil dari tegangan geser ijin τg < τi

44

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Setelah melakukan analisis dan perhitungan manual pada struktur poros mesin laser

engraving untuk menghitung tegangan dan momen bahwa beban yang dibebankan kepada

struktur poros masih kategori aman. Jika diketahui melalui material properties untuk steel

SS400 (Tabel 3.4), Tegangan maksimumnya adalah = 400 – 510 N/mm2 sedangkan untuk

yield point nilai minimumnya adalah 245 N/mm untuk thickness 8mm (˂ 16 mm), Maka

dapat dikatakan struktur poros steel SS400 masih aman (mampu menahan beban 0,4 kg).

Setelah melakukan analisi dan perhitungan manual pada struktur baut pengikat bracket

untuk menghitung teganagan geser yang dibeban kan kepada struktur baut masih kategori

aman. Jika diketahui melalui material properties baut (Tabel 3.8), Tegangan maksimumnya

adalah = 400 N/mm2 sedangkan untuk yield point nilai minimumnya adalah 240 N/mm

untuk diameter baut 5mm,Maka dapat dikatakan struktur baut masih aman (mampu

menahan beban 0,5 kg).

5.2 Saran Setelah melakukan penelitian, penulis memberikan saran untuk mengembangkan

penelitian ini untuk penelitian berikutnya. Saran yang dapat disampaikan adalah sebagai

berikut:

1. Perlu dilakukan analisis semua struktur yang digunakan untuk rancang bangun

mesin laser engraving.

2. Perlu dibuatkan cover untuk mesin laser engraving untuk factor keamanan pada

saat mesin running.

45

DAFTAR PUSTAKA

1. Wikipedia. 2017. Laser. [ diakses 2018 Januari 11]. Tersedia pada:

https://id.wikipedia.org/wiki/Laser

2. Agus. 2017. LA03-2500 445nm 2500mW Blue Laser Module With Heat Sink For

DIY Laser Engraver Machine for EleksMaker. [ diakses 2018 Januari 11]. Tersedia

pada: https://www.banggood.com/445nm-2_5W-2500mW-Blue-Laser-Module-

With-Heatsink-For-DIY-Laser-Cutter-Engraver-p-

993521.html?stayold=1&cur_warehouse=USA

3. Fahmi. 2016. Perbedaan Motor Stepper dengan Motor Servo. [diakses 2016 Januari

25]. Tersedia pada: http://zulfahmi97.hol.es/2016/05/perbedaan-motor-stepper-

dengan-motor-servo/

4. Fahmi. 2016. Perbedaan Motor Stepper dengan Motor Servo. [diakses 2016 Januari

25]. Tersedia pada: http://zulfahmi97.hol.es/2016/05/perbedaan-motor-stepper-

dengan-motor-servo/

5. Fahmi. 2016. Perbedaan Motor Stepper dengan Motor Servo. [diakses 2018 Januari

25]. Tersedia pada: http://zulfahmi97.hol.es/2016/05/perbedaan-motor-stepper-

dengan-motor-servo/

6. Eca.dio. 2018. Berkenalan dengan Arduino Nano. [diakses 2018 Februari 08].

Tersedia pada: http://ecadio.com/mengenal-dan-belajar-arduino-nano

7. Eca.dio. 2018. Berkenalan dengan Arduino Nano. [diakses 2018 Februari 08].

Tersedia pada: http://ecadio.com/mengenal-dan-belajar-arduino-nano

8. Osoyo. 2017. Arduino NANO +CNC Shield V4.0+A4988 User Manual. [diakses

2018 Ferbruari 08]. Tersedia pada: http://osoyoo.com/2017/04/07/arduino-nano-

cnc-shield-v4-0a4988/

9. Pratama. Deni. 2017. Kontroler Lengan Robot Menggunakan Motor Servo dan

Motor Stepper Dengan Masukan 3 Axis. (Skripsi). [diakses 2018 Januari 08].

Tersedian pada: https://repository.usd.ac.id/9412/2/145114052_full.pdf

10. Wikipedia.2018. Mosfet. [diakses 2018 Februari 15]. Tersedia pada:

https://id.wikipedia.org/wiki/MOSFET

46

11. Ahdan. 2018. Tombol Tekan (Push Bottom) dan Jenis – Jenis dan Fungsinya.

[diakses 2018 Februari 15]. Tersedia pada: https://akhdanazizan.com/tombol-tekan-

push-button

12. Ebay. 2018. 12V 10A AC-DC PSU Adaptor AC-DC ADAPTOR Pack for TV and

LCD Screen Monitor NEW. [diakses 2018 Februari 16]. Tersedia pada:

https://www.ebay.ie/itm/12V-10A-AC-DC-PSU-Adaptor-Power-Supply-Pack-for-

TV-and-LCD-Screen-Monitor-NEW-/401390054689

13. Tedjakumala, Indra. Dasar Perencanaan Elemen Mesin II, hal: 251. (Hand Book)

Universitas Trisakti, 1965 – 2015. Jakarta

14. Tedjakumala, Indra. Dasar Perencanaan Elemen Mesin II, hal:251. (Hand Book)

Universitas Trisakti, 1965 – 2015. Jakarta

15. Tedjakumala, Indra. Dasar Perencanaan Elemen Mesin II, hal:299. (Hand Book)

Universitas Trisakti, 1965 – 2015. Jakarta

16. Tedjakumala, Indra. Dasar Perencanaan Elemen Mesin II, hal:392. (Hand Book)

Universitas Trisakti, 1965 – 2015. Jakarta

17. Sinau. Arduino, 2018. Mengenal Arduino Software (IDE). [diakses 2018 Februari

17]. Tersedia pada: http://www.sinauarduino.com/artikel/mengenal-arduino-

software-ide/

18. Rian. 2018. Grbl v 1.1 Laser Mode. [diakses 2018 Februari 20]. Tersedia pada:

https://github.com/gnea/grbl/wiki/Grbl-v1.1-Laser-Mode

19. Anas, Anwar. 2014. Tegangan Tarik dan Tekan. [diakses 2018 Februari 21].

Tersedia pada: http://anasmesin.blogspot.co.id/2015/05/tegangan-tarik-dan-

tekan.html

20. Anas, Anwar. 2014. Tegangan Tarik dan Tekan. [diakses 2018 Februari 21].

Tersedia pada: http://anasmesin.blogspot.co.id/2015/05/tegangan-tarik-dan-

tekan.html

21. Wikipedia. 2017. Tegangan Geser. [ diakses 2018 Maret 2]. Tersedia pada:

https://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_geser

22. Funny. 2017. Definisi dan Macam – Macam Tegangan. [ diakses 2018 Maret 2].

Tersedia pada: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-

macam-tegangan.html

47

23. Funny. 2017. Definisi dan Macam – Macam Tegangan. [ diakses 2018 Maret 2].

Tersedia pada: http://funny-mytho.blogspot.co.id/2010/12/definisi-dan-macam-

macam-tegangan.html

24. Tedjakusuma, Indra. Dasar Perencanaan Elemen Mesin I, hal: 6. (Hand Book)

Universitas Trisakti, 1965 – 2015. Jakarta