Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

(1)

Lampiran A

LISTING PROGRAM BENDA UJI PAINT STRIPPING

Listing program kode G untuk semua benda uji : ;GENERATED BY USBCNC DXF EasyCAM-2 ;MOP ENGRAVE

;=========== ;zSafe = 3.0000 ;zStart = 0.0000 ;zFinal = -1.0000 ;zInc = 1.0000

;feedRate = 400.0000 ;plungeRate = 100.0000 ;speed = 10000.0000 ;sDirection = CCW ;toolNumber = 1 ;laserMode = Off ;feedRate

#1 = 400.0000 ;PlungeRate #2 = 100.0000 G64 P0.1 N0001 M6 T1

N0002 M3 S10000.00 ;Entry move

N0003 G0 X0.0000 Y0.0000 Z3.0000 N0004 F[#2] G1 Z-1.0000

N0005 F[#1] G1 X23.0000 Y0.0000 N0006 F[#1] G1 X23.0000 Y0.2000 N0007 F[#1] G1 X0.0000 Y0.2000 N0008 F[#1] G1 X0.0000 Y0.4000 N0009 F[#1] G1 X23.0000 Y0.4000 N0010 F[#1] G1 X23.0000 Y0.6000 N0011 F[#1] G1 X0.0000 Y0.6000 N0012 F[#1] G1 X0.0000 Y0.8000 N0013 F[#1] G1 X23.0000 Y0.8000 N0014 F[#1] G1 X23.0000 Y1.0000 N0015 F[#1] G1 X0.0000 Y1.0000 N0016 F[#1] G1 X0.0000 Y1.2000 N0017 F[#1] G1 X23.0000 Y1.2000 N0018 F[#1] G1 X23.0000 Y1.4000

(2)

N0025 F[#1] G1 X23.0000 Y2.0000 N0026 F[#1] G1 X23.0000 Y2.2000 N0027 F[#1] G1 X0.0000 Y2.2000 N0028 F[#1] G1 X0.0000 Y2.4000 N0029 F[#1] G1 X23.0000 Y2.4000 N0030 F[#1] G1 X23.0000 Y2.6000 N0031 F[#1] G1 X0.0000 Y2.6000 N0032 F[#1] G1 X0.0000 Y2.8000 N0033 F[#1] G1 X23.0000 Y2.8000 N0034 F[#1] G1 X23.0000 Y3.0000 N0035 F[#1] G1 X0.0000 Y3.0000 N0036 F[#1] G1 X0.0000 Y3.2000 N0037 F[#1] G1 X23.0000 Y3.2000 N0038 F[#1] G1 X23.0000 Y3.4000 N0039 F[#1] G1 X0.0000 Y3.4000 N0040 F[#1] G1 X0.0000 Y3.6000 N0041 F[#1] G1 X23.0000 Y3.6000 N0042 F[#1] G1 X23.0000 Y3.8000 N0043 F[#1] G1 X0.0000 Y3.8000 N0044 F[#1] G1 X0.0000 Y4.0000 N0045 F[#1] G1 X23.0000 Y4.0000 N0046 F[#1] G1 X23.0000 Y4.2000 N0047 F[#1] G1 X0.0000 Y4.2000 N0048 F[#1] G1 X0.0000 Y4.4000 N0049 F[#1] G1 X23.0000 Y4.4000 N0050 F[#1] G1 X23.0000 Y4.6000 N0051 F[#1] G1 X0.0000 Y4.6000 N0052 F[#1] G1 X0.0000 Y4.8000 N0053 F[#1] G1 X23.0000 Y4.8000 N0054 F[#1] G1 X23.0000 Y5.0000 N0055 F[#1] G1 X0.0000 Y5.0000 N0056 F[#1] G1 X0.0000 Y5.2000 N0057 F[#1] G1 X23.0000 Y5.2000 N0058 F[#1] G1 X23.0000 Y5.4000 N0059 F[#1] G1 X0.0000 Y5.4000 N0060 F[#1] G1 X0.0000 Y5.6000 N0061 F[#1] G1 X23.0000 Y5.6000 N0062 F[#1] G1 X23.0000 Y5.8000 N0063 F[#1] G1 X0.0000 Y5.8000 N0064 F[#1] G1 X0.0000 Y6.0000 N0065 F[#1] G1 X23.0000 Y6.0000 N0066 F[#1] G1 X23.0000 Y6.2000 N0067 F[#1] G1 X0.0000 Y6.2000 N0068 F[#1] G1 X0.0000 Y6.4000 N0069 F[#1] G1 X23.0000 Y6.4000 N0070 F[#1] G1 X23.0000 Y6.6000 N0071 F[#1] G1 X0.0000 Y6.6000 N0072 F[#1] G1 X0.0000 Y6.8000 N0073 F[#1] G1 X23.0000 Y6.8000 N0074 F[#1] G1 X23.0000 Y7.0000 N0075 F[#1] G1 X0.0000 Y7.0000 N0076 F[#1] G1 X0.0000 Y7.2000 N0077 F[#1] G1 X23.0000 Y7.2000

(3)

N0078 F[#1] G1 X23.0000 Y7.4000 N0079 F[#1] G1 X0.0000 Y7.4000 N0080 F[#1] G1 X0.0000 Y7.6000 N0081 F[#1] G1 X23.0000 Y7.6000 N0082 F[#1] G1 X23.0000 Y7.8000 N0083 F[#1] G1 X0.0000 Y7.8000 N0084 F[#1] G1 X0.0000 Y8.0000 N0085 F[#1] G1 X23.0000 Y8.0000 N0086 F[#1] G1 X23.0000 Y8.2000 N0087 F[#1] G1 X0.0000 Y8.2000 N0088 F[#1] G1 X0.0000 Y8.4000 N0089 F[#1] G1 X23.0000 Y8.4000 N0090 F[#1] G1 X23.0000 Y8.6000 N0091 F[#1] G1 X0.0000 Y8.6000 N0092 F[#1] G1 X0.0000 Y8.8000 N0093 F[#1] G1 X23.0000 Y8.8000 N0094 F[#1] G1 X23.0000 Y9.0000 N0095 F[#1] G1 X0.0000 Y9.0000 N0096 F[#1] G1 X0.0000 Y9.2000 N0097 F[#1] G1 X23.0000 Y9.2000 N0098 F[#1] G1 X23.0000 Y9.4000 N0099 F[#1] G1 X0.0000 Y9.4000 N0100 F[#1] G1 X0.0000 Y9.6000 N0101 F[#1] G1 X23.0000 Y9.6000 N0102 F[#1] G1 X23.0000 Y9.8000 N0103 F[#1] G1 X0.0000 Y9.8000 N0104 F[#1] G1 X0.0000 Y10.0000 N0105 F[#1] G1 X23.0000 Y10.0000 N0106 F[#1] G1 X23.0000 Y10.2000 N0107 F[#1] G1 X0.0000 Y10.2000 N0108 F[#1] G1 X0.0000 Y10.4000 N0109 F[#1] G1 X23.0000 Y10.4000 N0110 F[#1] G1 X23.0000 Y10.6000 N0111 F[#1] G1 X0.0000 Y10.6000 N0112 F[#1] G1 X0.0000 Y10.8000 N0113 F[#1] G1 X23.0000 Y10.8000 N0114 F[#1] G1 X23.0000 Y11.0000 N0115 F[#1] G1 X0.0000 Y11.0000 N0116 F[#1] G1 X0.0000 Y11.2000 N0117 F[#1] G1 X23.0000 Y11.2000 N0118 F[#1] G1 X23.0000 Y11.4000 N0119 F[#1] G1 X0.0000 Y11.4000 N0120 F[#1] G1 X0.0000 Y11.6000 N0121 F[#1] G1 X23.0000 Y11.6000 N0122 F[#1] G1 X23.0000 Y11.8000 N0123 F[#1] G1 X0.0000 Y11.8000 N0124 G0 Z3.0000

(4)

Lampiran B

TAMPILAN SOFTWARE USB CNC PROSES PAINT STRIPPING

Gambar 1.Tampilan awal program CNC

(5)

Gambar 3.Mengambil file pola benda uji CNC

(6)

Gambar 6.Tampilan Program sudah berjalan

(7)

Lampiran C

HASIL GAMBAR PAINT STRIPPING

Fundamental Harmonic (1064 nm) 1. Fe 1 Merah

G-Code : x = 23 mm ; y = 11,8 mm E = 12 mJ ; 200 _�� ; Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 03.50 s = 230 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Fe 1 Merah dengan 3 Penampang :

(8)

2. Fe 2 Hijau

G-Code : x = 23 mm ; y = 14,6 mm E = 12 mJ ; 200 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 04.44 s = 284 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Fe 2 Hijau dengan 3 Penampang :

(9)

3. Al 1 Merah

G-Code : x = 23 mm ; y = 7,8 mm E = 12 mJ ; 200 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 02.32 s = 152 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Al 1 Merah dengan 3 Penampang :

(10)

4. Al 2 Hijau

G-Code : x = 23 mm ; y = 10 mm E = 12 mJ ; 200 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 02.32 s = 152 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Al 2 Hijau dengan 3 Penampang :

(11)

Second Harmonic (2�) 1. Fe 3 Merah

G-Code : x = 23 mm ; y = 10 mm E = 15 mJ ; 150 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Pengupasan Cat 1 kali t1

Kiri Atas = 03.15 s = 195 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Fe 3 Merah, pengupasan pertama dengan 3 Penampang :

(12)

Pengupasan Cat 2 kali t2

= 03.07 s = 187 s 1 + t2

Kiri Atas

= 06.22 s = 382 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Fe 3 Merah, pengupasan kedua dengan 3 Penampang :

(13)

2. Fe 4 Hijau

G-Code : x = 23 mm ; y = 7,8 mm E = 15 mJ ; 150 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 02.32 s = 152 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Fe 4 Hijau dengan 3 Penampang :

(14)

3. Al 3 Merah

G-Code : x = 23 mm ; y = 5 mm E = 15 mJ ; 150 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Warna Cat Setelah Pengupasan Cat

Kiri Atas = 01.39 s = 99 s

Tengah Kanan Atas

Kiri Bawah Pinggir Kanan Bawah

Permukaan Al 3 Merah dengan 3 Penampang :

(15)

4. Al 4 Hijau

G-Code : x = 23 mm ; y = 5,2 mm E = 15 mJ ; 150 _��

Titik Defocus = 8 cm

Sebelum di Cat Setelah Pengupasan Cat 1 Kali

Setelah Pengupasan Cat 2 Kali

Warna Cat

Al 4 Hijau dengan 2 kali pengupasan : t1 = 01.43 s = 152 s ; t2

Kiri Atas

= 03.24 s = 204 s

Tengah Kanan Atas

(16)

Permukaan Al 4 Hijau dengan 3 Penampang :

Permukaan Kiri Permukaan Tengah Permukaan Kanan

Catatan :

Gambar diatas diambil menggunakan kamera melalui Mikroskope Optic, dengan perbesaran M=10x dan skala 1000 mikron.

(17)

-50 0 50 100 150 200 250

0 50 100 150 200

3 ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

Lampiran D

TABEL – GRAFIK DATA

3 Harmonic Nd:YAG 266 nm

Q-Switch

Delay

Output Energy*

7 207

20 198

40 172

60 140

80 107

100 72

110 55

120 40

130 28

140 18

150 10.5

160 5.3

170 2.25

180 0.65

185 0.30

(18)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0 50 100 150 200 250 300

2 ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

2 Harmonic Nd:YAG 532 nm

Q-Switch

Delay

Output Energy*

7 410

20 380

40 300

60 220

80 145

89 120

97 100

100 91

105 80

107 75

110 68

120 50

128 40

135 30

140 24

150 15

155 12

160 9

180 1,7

190 0,39

200 0,07

220 0,07

(19)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

0 50 100 150 200 250 300

Fundamental

Q-Switch Delay - Vs - Energy

Fundamental Harmonic Nd:YAG 1064 nm

Q-Switch

Delay

Output Energy*

7 830

20 780

40 650

60 520

80 410

100 310

110 270

120 240

130 200

140 170

150 140

160 120

170 93

180 70

184 60

187 50

190 45

196 25

198 20

199 15

200 12

210 2,4

220 2,35

230 2,35

240 2,35

(20)

DAFTAR PUSTAKA

Budi,Erista., & M.Rameli. 2012. Implementasi Kontroler P-PI Kaskade untuk Meningkatkan Keakuratan Mesin Bubut CNC. Surabaya. Hal : F75 Eastman,Jay. 2014. Using a Q-Switched Fiber Laser for Paint Removal. Edison

Welding Institute (EWI).

Foth, Hans – Jochen. 2008. Laser in Chemistry Vol. 1. Wiley – VCH Verlag

GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Ganjar Subagio,Dalmasius. 2008. Teknik Pemrograman CNC Bubut dan Freis. LIPI Press.

Giancoli, Douglas C. 1998. FISIKA. Edisi Kelima. Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Hal : 263-265

Groover, Mikel P., & Zimmers, Emory W.Jr. 1984. Computer Design and Manufacturing. New York : Prentice-Hall International, Inc.

Hanif,M., & Salik,M. 2012. Diagnostic Study of Nickel Plasma Produced by Fundamental (1064 nm) and Second Harmonic (532 nm) of an Nd:YAG Laser. Journal of Modern Physics. 3 : 1663-1669

Ibnu Gholib,2007. Kimia Farmasi Analisis. Pustaka Pelajar.

Krar, Steve,. & Gill, Arthur. 1990. CNC: Technology And Programming. International Edition. McGraw-Hill Book Co. Singapore. 0-07-023333-0

Kristianingrum, Susila. Handout Spektroskopi Ultra Violet dan Sinar Tampak (Spektroskopi Uv – Vis). Yogyakarta

Kulla, Irwanuddin H, dkk. 2004. Identifikasi Unsur Nikel dengan Teknik Laser Induced Plasma (LIP). Jurnal Berkala Fisika. FMIPA UNDIP. 1410-9662 Kuspriyanto, dan Hari Seputro. 2005. Mesin CNC. Bandung. Hal : 2

Muchiar, 2007. Pembuatan Model Laser Nd-YAG Gelombang Kontinyu Daya Rendah. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. FMIPA ITS. Surabaya. 070211-1 Perdana, Buyung Prakarsa,. & Apriani Kusumawardhani. 2008. Aplikasi Laser Gallium-Aluminium-Arsenide untuk Terapi Penyembuhan Luka. Jurnal SNAF-08. Surabaya. 978-979-97254-4-8

(21)

Siegmans, Anthony E. 1986. LASERS. California : University Science Books.

Wetter,N.U,. & W.de Rossi. 2000. ICS Lectures on Industrial Applications of Lasers. UNIDO. Hal : 5-6

Whitehouse, David R. 1993. Guide to Laser Materials Processing. Laser

Institute of America

Wijanarka, B.Sentot. 2011. Tutorial Pengoperasian dan Pemrograman Mesin Bubut CNC GSK 928 TE. Yogyakarta. Hal : 4

Wolf, Katy. 2009. Laser Strip: A Portable Hand-Held Laser Stripping Device for Reducing VOC, Toxic and Particulate Emissions. Institute for Research and Technical Assistance. California. 06-010

Yahuza,Rosehan. 2010. Teknologi CNC (Mastercam Book for Windows). Jakarta.

Hal : 6-22

(22)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Block Penelitian Paint Stripping

Gambar 3.1 Diagram Block Paint Stripping

3.2 Preparasi Benda Uji

Benda uji yang digunakan dalam penelitian paint stripping ada 2 jenis yaitu : Fe, dan Al masing-masing berjumlah 4 benda uji. Disiapkan benda uji, dipotong kecil dan diukur. Kemudian dilakukan pengamplasan benda uji, dilanjutkan dengan polishing benda uji menggunakan Alumina Powder 1_� dan 0,3_� untuk mendapatkan permukaan benda uji yang rata dan bersih.

3.3 Pengecatan Benda Uji

Benda Uji Al dan Fe dicat menggunakan pilox warna merah dan hijau. Teknik pengecatan dilakukan secara berkala, semprotan yang tipis sebagai lapisan 1, dikeringkan selama 5 menit dibawah sinar matahari, lalu disemprot kembali sebagai lapisan ke-2, begitu seterusnya sampai semprotan lapisan ke-5. Dibiarkan benda uji dijemur sampai cat benar – benar kering. Setelah itu, diukur ketebalan

Preparasi Benda Uji

Pengecatan Benda Uji

Pengukuran Ketebalan Cat

Pembuatan Pola Benda Uji

(Notepad++)

Convert to USB CNC V3 Set Up Alat

Paint Stripping

(23)

cat dari masing – masing benda uji menggunakan mikrometer analog. Ketebalan cat dan benda uji yang digunakan disesuaikan dengan aplikasi benda uji yaitu besi menyerupai mobil dan benda uji aluminium menyerupai pesawat.

3.4 Pengukuran Ketebalan Cat

Pengukuran ketebalan cat benda uji menggunakan alat ukur mikrometer analog. Alat ukur ini memiliki satuan mikron (_�), besar ukuran 0,001_�m - 1 mm. Pengukuran dilaksanakan setelah cat kering.

Teknik mengukur ketebalan cat, pada bagian benda uji yang tidak di cat di set menjadi posisi nol alat (dial face), lalu digeser benda uji yang ada cat nya

keatas contact point dengan mengangkat spindel, lalu jarum pada indikator pointer akan bergerak artinya menunjukkan ketebalan cat.

(24)

3.5 Penulisan Pola Benda Uji dengan Notepad++

Penulisan program pola benda uji sebagai alur gerak mesin CNC, dibuat dengan program . Pola ini terdiri dari 2 sumbu yaitu sumbu x dan y, dengan sumbu x = 23 mm, dan range sumbu y = 0,2 mm.

(25)

3.6 Program USB CNC V.3

Pola benda uji dalam format Notepad++ di convert ke dalam bahasa G-Code melalui program USB CNC V3. Lalu program benda uji siap dijalankan dan diinstruksikan ke mesin CNC untuk mengerjakan sesuai pola benda uji yang dibuat.

Gambar 3.4 Pola benda uji untuk paint stripping

3.7 Set Up Alat

Posisikan mesin CNC tepat dihadapan Laser Nd:YAG. Set up mesin CNC terdiri dari lensa fokus (f = 10 cm) dan cermin yang akan memantulkan sinar laser ke arah benda uji yang akan dikupas (_� = 45o

Dihidupkan Laser Nd:YAG, ditunggu selama 60 menit untuk pemanasan (warming up), lalu pada Q-Touch control panel tekan Flashlamp tunggu sampai

15 menit, status laser Enable menjadi Ready. Kemudian tekan Q-Switch laser, pastikan energi laser rendah (misal = 0,7 mJ), tahap ini laser sudah menembakan sinarnya keluar.

Dihidupkan Driver mesin CNC, lalu hubungkan USB CNC ke PC, dan pastikan USB CNC terhubung dengan PC dan Software USB CNC V.3. Kemudian set posisi (x,y) alat penggerak mesin CNC, supaya alur gerak pola CNC tidak melewati batas gerak meja mesin CNC.

(26)

PC DRIVER CNC Power Supply &

Cooling System

Meja Mesin CNC Lensa Fokus

(f=10cm) Benda Uji Beam Laser Fundamental Harmonic

(1064 nm) Second Harmonic (532 nm)

Q-Touch Control Panel

Cermin

Connector USB CNC

Gambar 3.5 Set up alat penelitian Paint Stripping

3.8 Paint Stripping

Berikut langkah – langkah melaksanakan pengupasan cat menggunakan mesin CNC dan laser Nd:YAG sebagai hit :

1. Dibuka software USB CNC V3

2. Diklik F2 “Home mesin CNC (X0,Y0)”, lalu klik F9 untuk menetapkan titik koordinat mesin CNC (X0 Y0), titik asal meja kerja mesin CNC bergerak.

3. Dilakukan pengambilan file pola benda uji yang akan dikupas, setelah pola CNC tampil, Klik Reset menandakan program siap dijalankan.

4. Secara bersamaan input energi laser Nd:YAG (_�=12 mJ, 2_�=15 mJ) pada

(27)

5. Setelah program berakhir, maka mesin CNC secara otomatis berhenti, lalu secara bersamaan tekan Stop untuk Stopwacth dan Q-touch Control Panel

Laser Nd:YAG.

3.9 Peralatan 3.9.1 Mesin CNC

Mesin CNC terdiri dari :

1. Power berfungsi sebagai sumber tegangan untuk mesin CNC.

2. Rangkaian USB CNC.V3 berfungsi sebagai penerjemah instruksi G-Code untuk disampaikan ke controller CNC.

3. Connector USB CNC V3 berfungsi sebagai penghubung antara rangkaian USB CNC V3 dengan PC, untuk mentransmisikan instruksi kode dari PC.

4. Mesin penggerak CNC berfungsi sebagai keluaran instruksi G-Code yang dijalankan dan bergerak sesuai titik sumbu x dan y yang ditetapkan.

Berikut bagian – bagian mesin CNC dapat dilihat pada gambar dibawah:

Trafo E15142

Kapasitor Nippon Chemicon

U3GD 100V Advanced

Vector Servo (AVS)

(28)

USB CNC V3 USB CNC_CPU_3.00 TOP

Gambar 3.7 USB CNC_CPU_3.00 TOP dan USB CNC V3

Gambar 3.8 Connector USB CNC V3

Cermin

Focus Lens 10cm

d=8cm

Axis Y _{Axis X}

Meja Kerja

(29)

3.9.2 Laser Nd:YAG Q-Smart 850 (1064 nm, 532 nm) Laser Nd:YAG terdiri dari :

1. Laser berfungsi sebagai hit terhadap benda uji, yang akan mengupas cat. Laser adalah sumber energy dimana keluaran beam laser akan dikontrol oleh Q-touch control panel dengan memvariasikan time delay laser ( Q-Switch delay).

Gambar 3.10 Laser Head

2. ICE (Laser Power Supply and Integrated Cooling System) terdiri dari 2

bagian yaitu power supply sebagai sumber tegangan laser dan ICE sebagai sistem cooling (pendinginan) menghindari pemanasan atau kenaikan temperatur pada tabung laser yang dapat menyebabkan ketidakstbilan proses kerja laser.

(30)

3. Q-touch Control Panel berfungsi sebagai pengontrol proses laser, dan

mengontrol besar energi yang dibutuhkan.

Gambar 3.12 Q-touch Control Panel

3.9.3 Mikroskope Optic, Lampu, dan Kamera

Pada penelitian ini digunakan mikrosope optic untuk melihat tekstur permukaan benda uji sebelum dicat, dan setelah cat dikupas oleh laser, dengan perbesaran lensa 10 kali. Pada tahap ini permukaan yang ditunjukkan pada mikroskope, gambar yang diamati diambil dengan kamera Nikon DSLR untuk dapat membandingkan hasil pengupasan cat antara benda uji.

(31)

3.10 Diagram Alir Penelitian Mulai

Preparasi Benda Uji Desain Pola

(Notepad++)

Converter Pola Notepad++ ke G-Code

(USB CNC V3)

Pengupasan Cat

Pengujian

Mengamati bentuk permukaan pengupasan cat

Membandingan permukaan benda uji sebelum dan

sesudah dikupas

Pengolahan data Analisis

Kesimpulan

(32)

3.11 Proses Pengambilan Data

Hasil pengujian selanjutnya dikumpulkan untuk dianalisis, proses ini dilakukan untuk melihat kinerja program pada mesin laser CNC untuk melakukan paint stripping. Proses analisis menggunakan mikroscope optic untuk melihat hasil pengupasan pada permukaan benda uji.

Penulisan Program Notepad++ USB CNC V3

Hasil Paint Stripping Mesin Laser CNC

Hasil Paint Stripping dengan Analisa dengan Mikroscope Optic perbesaran 10 x

(33)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dari hasil penelitian tentang paint stripping, pengukuran ketebalan cat

yang dipersiapkan sebagai benda uji adalah : Tabel 4.1a Ketebalan Benda Uji Al

Aluminium Tebal Cat Al 1 Merah 210 _�

Al 2 Hijau 197 _� Al 3 Merah 180 _� Al 4 Hijau 190 _�

Tabel 4.1b Ketebalan Benda Uji Fe Besi Tebal Cat

Fe 1 Merah 170 _� Fe 2 Hijau 145 _� Fe 3 Merah 260 _� Fe 4 Hijau 180 _�

Tabel 4.1a dan 4.1b adalah data pengukuran ketebalan cat pada benda uji Al dan Fe dengan cat warna merah dan hijau. Ketebalan cat yang berbeda karena jumlah cat yang keluar kurang merata, meskipun banyak lapisan semprotannya sama yaitu 5 lapisan.

(34)

Hasil pengupasan cat yang diperoleh pada benda uji Al dan Fe, dengan warna cat merah dan hijau dapat dilihat pada tabel 4.2 dan 4.3 berikut.

Dengan Nd:YAG 1064 nm, energy 12 mJ, dan time delay 200_�s, dilihat menggunakan Mikroscope Optic perbesaran 10x dan skala 1000 mikron.

Tabel 4.2 Hasil pengupasan cat dengan Nd:YAG 1064 nm Fe 1 Merah

X=23 mm Y=11,8 mm ; time=230 s

Al 1 Merah

X=23 mm Y=7,8 mm ; time=152 s

Fe 2 Hijau

X=23 mm Y=14,6 mm ; time=284s

Al 2 Hijau

(35)

Dengan Nd:YAG 532 nm, energy 15 mJ dan time delay 150 _�s, dilihat menggunakan Mikroscope Optic perbesaran 10x dan skala 1000 mikron.

Tabel 4.3 Hasil pengupasan cat dengan Nd:YAG 532 nm Fe 3 Merah (2x)

X=23 mm Y=10 ; time=382s

Al 3 Merah

X=23 mm Y=5 ; time=99s

Fe 4 Hijau

(36)

4.2 Pembahasan

Pengupasan cat dengan menggunakan mesin laser CNC, telah dilakukan. Cat terkelupas ketika beam laser mengenai cat, dengan energy dan beam laser yang optimum untuk setiap panjang gelombang laser (1064nm dan 532nm). Pada saat beam laser mengenai material atau cat ada interaksi laser yang terjadi, sinar laser diserap oleh cat dan cat terevaporasi besarnya energi laser yang dibutuhkan untuk evaporasi cat tergantung dari jenis bahan cat dan ketebalan cat.

Hasil pengupasan cat pada benda uji Fe dan Al, telah dilihat menggunakan mikroscope optic dengan perbesaran 10x, dan skala 1000 mikron.

1. Fundamental Harmonic (1064 nm)

Benda uji berbahan Fe dan Al, cat berwarna merah dan hijau terkelupas dengan bersih dan lebih putih dibandingkan dengan permukaan benda uji sebelum dicat. Sesuai dengan yang diharapkan dari penelitian pengupasan cat dengan mesin laser CNC lebih bersih, namun pengupasan ini telah merusak tekstur dari benda uji, dilihat dari permukaan benda uji yang terkelupas.

2. Second Harmonic (532 nm)

Benda uji berbahan Fe, cat berwarna hijau terkelupas dengan bersih, pada benda uji berbahan Al, cat berwarna merah tidak terkelupas dengan bersih, masih ada sisa cat yang terdapat pada benda uji. Sedangkan untuk benda uji berbahan Fe 3 Merah dan Al 4 Hijau dilakukan 2 kali pengupasan, Fe 3 merah masih meninggalkan sisa cat sedangkan Al 4 hijau terkelupas dengan bersih.

Molekul – molekul akan menyerap banyak energi pada panjang gelombang yang pendek, sedangkan molekul – molekul yang sedikit menyerap energi pada panjang gelombang yang panjang. Energy laser Nd:YAG Fundamental 1064 nm adalah 12 mJ, dan Second harmonic 532 nm adalah 15 mJ. Panjang gelombang yang berbeda, dan energy yang berbeda, karena pada energi inilah, cat dapat mengupas. Besar energy laser yang keluarkan diperoleh dengan mengatur time delay laser pada Q-touch Control Panel.

(37)

Benda uji warna merah dan hijau memiliki panjang gelombang 620 – 750 nm dan 495 – 570 nm. Hubungannya dengan panjang gelombang laser, cat akan mudah terkelupas jika sebanding dengan besar panjang gelombang warna cat. Terlihat pada cat warna merah, cat ini mudah terkelupas pada laser 1064 nm daripada laser 532 nm. Sementara cat warna hijau lebih mudah dan dalam pengupasannya, pada laser 1064 nm dan 532 nm. Panjang gelombang yang besar memiliki daya serap yang besar.

Pengupasan cat tanpa merusak benda uji menggunakan laser Nd:YAG pulsa dengan mengatur besar energi setiap puncak pulsa (Jay Eastman,2014). Ketepatan lintasan laser pada benda uji yang akan dikupas juga menentukan kualitas pengupasan cat pada permukaan benda uji.

(38)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Hasil penelitian tentang paint stripping dengan mesin laser CNC dapat

disimpulkan bahwa :

1. Mesin laser CNC dapat diaplikasikan untuk paint stripping. Dengan

menggunakan bahasa G-Code mengontrol mesin CNC menggerakkan benda uji Al dan Fe yang akan dikupas dengan laser. Hasil pengupasan cat yang diperoleh, benda uji warna merah pengupasannya lebih bersih pada Nd:YAG 1064 nm daripada 532 nm, benda uji warna hijau mengelupas dengan bersih pada kedua jenis panjang gelombang Nd:YAG laser. Terjadinya pengulangan pengupasan cat pada benda uji untuk Nd:YAG 532 nm, disebabkan tidak dilakukan optimalisasi pada masing – masing benda uji.

2. Pengupasan cat terjadi ketika beam laser mengenai cat sebagai material, kemudian energi diabsorbsi oleh cat, karena adanya energi foton menghasilkan panas atau suhu yang meningkat akibatnya cat mengalami evaporasi akhirnya cat terkelupas dan terpental keluar dalam bentuk serpihan.

5.2 Saran

Untuk penelitian selanjutnya, mengenai paint stripping penulis memberi

saran :

1. Disesuaikan ketepatan beam laser dengan lintasan benda uji, supaya tidak terjadi timpaan tembakan beam laser.

2. Untuk mendapat hasil yang akurat, sebaiknya analisis permukaan benda uji hasil pengupasan cat di SEM (Scanning Electron

(39)

Microscope). Setiap pengupasan cat pada benda uji yang berbeda perlu dilakukan optimalisasi agar tidak terjadi pengupasan yang berulang.

(40)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Numerical Control (NC)

Numerical Control adalah teknik yang digunakan untuk mengontrol alat

dan proses pada mesin dengan menggunakan perintah kode. NC mengontrol

penggunaan instruksi tersebut dan menerjemahkan ke dalam dua tipe sinyal kontrol : sinyal kontrol gerak dan sinyal kontrol berganti-ganti.

Sinyal kontrol gerak adalah barisan dari rangkaian pulsa elektronik yang digunakan untuk mengontrol posisi dan kecepatan meja mesin dan spindel. Setiap pulsa mengaktifkan gerakan dari suatu unit panjang dasar (Basic Length-Unit/BLU) yang menambah ukuran minimum dari sistem kontrol NC yaitu 0,001

inch (atau 0,01 mm), sementara pada kontrol CNC modern, pemecahan

penambahan dapat mencapai 0,0001 inch (atau 0,001 mm). Jumlah pulsa yang ditransmisikan pada setiap poros menentukan penambahan posisi dan frekuensi pulsa tersebut mengatur kecepatan poros.

Sinyal kontrol berganti-ganti adalah menyetel sinyal on/off pada perkakas untuk mengontrol kecepatan dan arah dari putaran spindel, kontrol dari sistem pendingin, pemilihan alat potong, penjepitan dan pelepasan otomatis, dan sebagainya.

NC sering ditunjukkan pada generasi lama dari teknologi pengontrolan

angka. Sistem NC kontrol hard-wired yang digunakan adalah implementasi dari

perangkat keras elektronik berdasarkan teknologi sirkuit digital. (Rosehan Yahuza ,2010)

2.2 Computer Numerical Control (CNC)

Computer Numerical Control adalah sistem pengontrolan angka sesuai

dengan keinginan, program yang disediakan telah dimasukkan pada pengontrolan untuk menjalankan fungsi dasar pada sistem soft-wired NC, sebab sering kali

(41)

Programs).

Semua kontrol angka pada mesin buatan pabrik sejak tahun 1970-an merupakan tipe CNC. Sinyal kontrol sistem CNC menggunakan perintah binari.

Setiap perintah terdiri dari angka pasti dalam bits, 32 bits atau 64 bits sering digunakan setiap bits dari data terdiri dari satu gerakan BLU dapat diwakilkan 1

sampai 232 = 4.294.967.296 posisi poros yang berbeda. Pada pemecahan sistem, control : BLU = 0,0001 inch, angka ini mewakilkan sampai 429.969 inch.

Gerakan yang mungkin yaitu lebih dari cukup untuk semua tipe aplikasi yang digunakan. (Rosehan Yahuza,2010)

2.3 Keuntungan Teknologi CNC

Keuntungan utama dari penggunaan teknologi CNC adalah mengurangi

biaya produksi, meningkatkan kualitas produk, dan fasilitas perencanaan dan pengontrolan produksi. Keuntungan tersebut dapat direalisasikan melalui sembilan produksi :

1. Meningkatkan produksi 2. Mengurangi biaya produksi

3. Fasilitas dan operasi mesin yang beragam 4. Membuktikan perencanaan dan kontrol produksi 5. Fasilitas dari otomatis yang fleksibel

6. Ketepatan yang tinggi dan pengulangan 7. Mengurangi biaya operasi tidak langusng 8. Fleksibilitas yang lebih besar

9. Batas rendah kemampuan operator yang dibutuhkan.

Tiga pokok timbal balik dari penggunaan teknologi CNC mencakup :

penanaman modal pertama yang tinggi, kebutuhan pemeliharaannya tinggi, dan tidak mengeluarkan biaya efektif untuk pekerjaan produksi rendah.(Rosehan Yahuza,2010)

(42)

Dengan menggunakan cara ini, kita hanya cukup menggambar pada komputer sesuai dengan benda yang kita inginkan kemudian disimulasikan prosesnya sesuai dengan urutan kerja dengan menggunakan software CAD (Computer Aided Desain) dan software CAM (Computer Aided Manufacturing)

tertentu.(Dalmasius Ganjar Subagio,2008)

Mesin CNC yang dioperasikan secara otomatis mempunyai kelebihan feksibilitas tinggi, lebih akurat, memungkinkan untuk produksi benda kerja yang rumit, tidak dibutuhkan operator yang ahli, produktifitas tinggi dan lebih efisien dalam segi waktu. Kelemahan mesin ini adalah harganya mahal dan perawatan cukup sulit karena diperlukan teknisi khusus, dan dibutuhkan bagian programmer

yang terampil.(Erista Budi,2012)

2.4 Mesin CNC

Mesin CNC (Computer Numerical Control) adalah mesin yang proses

pengoperasiannya dikendalikan oleh sistem CNC, yaitu suatu sistem kontrol yang proses pengontrolannya dilakukan menggunakan perintah berupa kode-kode huruf dan angka (alpha-numeric-code).(Groover,dkk.1984) Susunan perintah dalam

kode huruf dan angka yang tersusun sedemikian rupa dan digunakan untuk mengatur operasi mesin dalam rangka pembuatan suatu produk disebut program CNC.

Mesin CNC terdapat driver X, driver Y, power supply, connector, dan USB CNC. Program dari desain pada komputer akan diterjemahkan oleh USB CNC dimana program NC pada intinya akan memberi perintah kepada mesin untuk menggerakan meja mesin sesuai dengan kode untuk axis X dan Y.

2.4.1 Sistem Koordinat Cartesian

Gerakan mesin perkakas yang digunakan dalam memproduksi suatu produk terdiri dari dua tipe dasar : titik ke titik (gerakan garis lurus) dan gerakan continue (gerakan contouring).

(43)

Untuk cartesian, atau persegi panjang, sistem koordinatnya dirancang oleh matematikawan Perancis dan seorang filosofi Rene Descartes. Dengan sistem ini, setiap titik tertentu dapat dijelaskan dalam istilah matematika yaitu titik ke titik di sepanjang tiga sumbu tegak lurus. Prinsip ini sesuai dengan mesin perkakas sempurna karena konstruksi mesin umumnya didasarkan pada empat sumbu gerak yaitu sumbu X, Y, Z dan sumbu rotasi. Sederhananya, pada mesin milling vertikal, sumbu X adalah gerakan horisontal (kanan atau kiri) dari meja, sumbu Y adalah gerakan meja melintang (menuju atau menjauh dari kolom), dan sumbu Z gerakan vertikal dari bawah keatas, menekuk atau memanjang. Sistem NC sangat bergantung pada penggunaan empat sisi koordinat karena darisana programmer dapat menemukan setiap titik untuk benda dengan tepat.

Ketika titik – titik pada benda kerja, dua garis berpotongan lurus, satu vertikal dan satu horisontal, digunakan. Garis-garis ini harus membentuk sudut satu sama lain, dan titik di mana titik potong (bersebrangan) disebut titik asal, atau titik nol.

-Y

+X -X

Axis Y

Axis X

Titik nol

Gambar 2.1 Koordinat axis X dan Y(Allen-Bradley)

Sistem koordinat tiga dimensi yang ditampilkan (gambar 2.2). Axis X dan Y adalah axis yang bergerak secara horisontal, gerakan meja mendekati atau menjauhi titik nol. Axis Z adalah axis yang bergerak secara vertikal, keatas atau kebawah.

(44)

-Z

-Y

+X -X

Gambar 2.2 Koordinat 3 dimensi axis X,Y dan Z (Steve Krar dan Arthur Gill,1990)

2.4.2 Prinsip Kerja

Mesin perkakas CNC adalah mesin perkakas yang dalam pengoperasiannya dibantu dengan kontrol numerik komputer atau CNC (Computer Numerical Control). Untuk menggerakkan meja kerja pada mesin

perkakas CNC disepakati menggunakan sistem koordinat. Sistem koordinat pada mesin bubut CNC (Gambar 2.3) adalah sistem koordinat kartesian dengan tiga sumbu yaitu sumbu X, Y dan Z. Sistem koordinat mesin (MCS=Machine Coordinate System) tersebut bisa dipindah-pindah titik nolnya untuk kepentingan

pelaksanaan seting, pembuatan program CNC dan gerakan meja kerja CNC. Titik- titik nol yang ada pada mesin bubut CNC adalah titik nol Mesin (M), dan titik nol benda kerja (W).( B.Sentot Wijanarka,2011)

(45)

Gambar 2.4 Penetapan titik koordinat mesin CNC (X0,Y0) (B.Sentot Wijanarka,2011)

2.5 Bahasa Pemrograman G-Code

Mesin CNC hanya dapat membaca kode standar yang telah disepakati oleh industri yang membuat mesin CNC. Dengan kode standar tersebut, pabrik mesin CNC dapat menggunakan PC sebagai input yang diproduksi sendiri atau yang direkomendasikan. Kode standar pada mesin CNC yaitu : kode G dan M. (Kuspriyanto,2005)

Tabel 2.1 Kode G dan M

No. Kode Keterangan

1. G00 Pindah posisi axis dengan kecepatan penuh

2. G01 Pindah posisi axis secara linear (feed rate)

3. G02 Pindah posisi axis berputar searah jarum jam

4. G03 Pindah posisi axis berputar berlawanan arah jarum jam

5. G04 Waktu tunda

6. G10 Pengaturan sistem koordinat

7. G12 Pindah posisi axis berputar searah jarum jam

8. G13 Pindah posisi axis berputar berlawanan arah jarum jam

9. G15/G16 Koordinat berpindah pada G00 dan G01 10. G17 Pindah posisi axis X-Y dipakai pada G02 dan G03

11. G18 Pindah posisi axis Y-Z dipakai pada G02 dan G03

12. G19 Pindah posisi axis X-Z dipakai pada G02 dan G03

13. G20/G21 Inch/Milimeter

14. G28 Mengembalikan ke posisi otomatis

15. G28.1 Referensi axis

(46)

22. G44 Kompensasi panjang arah negatif 23. G49 Pembatalan kompensasi panjang pahat 24. G50 Kembali berpindah dengan 1.0

25. G51 Mengulang data input

26. G52 Koordinat sistem berhenti sementara 27. G53 Koordinat sistem mesin berpindah

28. G54 Sistem koordinat 1

29. G55 Sistem koordinat 2

30. G56 Sistem koordinat 3

31. G57 Sistem koordinat 4

32. G58 Sistem koordinat 5

33. G59 Sistem koordinat 6

34. G61/G64 Berhenti dengan seksama/kecepatan konstan 35. G68/G69 Rotasi koordinat sistem

36. G73 Berputar untuk bor

37. G80 Membatalkan fixed cycle

38. G81 Fixed cycle untuk pengeboran (drilling)

39. G83 Fixed cycle counter bore dengan waktu tunda

40. G84 Fixed cycle untuk pengetapan (tapping)

41. G85 Fixed cycle reamer

42. G86 Fixed cycle boring

43. G88 Berputar tidak berhenti dengan kecepatan penuh 44. G89 Berhenti berputar dengan kecepatan tertentu

45. G90 Program absolute

46. G91 Program incremental

47. G92 Koordinat referensi benda kerja 48. G92.X Batalkan G92 dan lain-lain 49. G93 Perubahan kecepatan waktu

50. G94 Kecepatan per-menit

51. G95 Kecepatan per-rev

52. G98 Pengembalian pahat pada Z awal

53. G99 Pengembalian pahat pada jarak yang ditentukan (R)

54. M02 Program selesai

55. M03 Spindle berputar searah jarum jam

56. M04 Spindle berputar berlawanan arah jarum jam

57. M05 Spindle stop

58. M06 Pergantian tool

59. M08 Pompa pendingin aktif (coolant on)

60. M09 Pompa pendingin berlawanan mati (coolant off)

61. M30 Akhir program dan mengembalikan posisi tool terakhir

62. M98 Masuk ke subprogram

(47)

Secara umum, cara mengoperasikan mesin CNC dengan cara memasukkan perintah numeric melalaui tombol-tombol yang tersedia pada panel instrument di tiap- tiap mesin. Setiap jenis mesin CNC mempunyai karakteristik tersendiri sesuai dengan pabrik yang membuat mesin tersebut. Namun demikian secara garis besar dari karakteristik cara mengoperasikan mesin CNC dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

2.5.1. Sistem Absolut

Pada sistem ini titik awal penempatan alat potong yang digunakan sebagai acuan adalah menetapkan titik referensi yang berlaku tetap selama proses operasi mesin berlangsung. Untuk mesin bubut, titik referensinya diletakkan pada sumbu (pusat) benda kerja yang akan dikerjakan pada bagian ujung. Sedangkan pada mesin frais, titik referensinya diletakkan pada pertemuan antara dua sisi pada benda kerja yang akan dikerjakan.

Gambar 2.5 Referensi Absolut.(RosehanYahuza,2010)

Lokasi Program absolut selalu diberikan dari titik nol sebagai titik asal (tetap). Titik nol atau asal mungkin posisi di meja mesin, seperti sudut meja kerja atau pada setiap titik tertentu pada benda kerja. Pada sistem absolute dimensi dan pemrograman, setiap titik atau lokasi pada benda kerja diberikan sebagai jarak tertentu dari nol atau titik referensi.

(48)

- A minus X (X) perintah akan menyebabkan alat pemotong untuk berada di sebelah kiri nol atau asal titik

- A plus Y (+ Y) perintah akan menyebabkan alat pemotong yang berlokasi menuju kolom

- A minus Y (Y) perintah akan menyebabkan alat pemotong untuk berada jauh dari kolom

Dalam pemrograman absolut, perintah G90 menunjukkan ke komputer dan MCU bahwa pemrograman adalah untuk berada dalam mode absolut.(Steve Krar dan Arthur Gill,1990)

2.5.2. Sistem Incremental

Pada sistem ini titik awal penempatan yang digunakan sebagai acuan adalah selalu berpindah sesuai dengan titik actual yang dinyatakan terakhir. Untuk mesin bubut maupun mesin frais diberlakukan cara yang sama. Setiap kali suatu gerakan pada proses pengerjaan benda kerja berakhir, maka titik akhir dari gerakan alat potong itu dianggap sebagai titik awal gerakan alat potong pada tahap berikutnya.

Gambar 2.6 Referensi Inkremental.(Rosehan Yahuza,2010)

Lokasi Program Incremental selalu diberikan sebagai jarak dan arah dari titik sebelumnya menuju titik selanjutnya. Kode perintah yang memberitahu mesin untuk memindahkan meja, spindle, dan lutut yang dijelaskan di sini menggunakan mesin milling vertikal seperti berikut :

(49)

- A plus X (+ X) perintah akan menyebabkan alat pemotong untuk berada di sebelah kanan titik terakhir

- A minus X (X) perintah akan menyebabkan alat pemotong untuk berada di sebelah kiri titik terakhir

- A plus Y (+ Y) perintah akan menyebabkan alat pemotong yang berlokasi menuju kolom

- A minus Y (Y) akan menyebabkan alat pemotong untuk berada jauh dari kolom

- A plus Z (+ Z) perintah akan menyebabkan alat pemotong atau spindle untuk bergerak ke atas atau jauh dari benda kerja

- A minus Z (Z) bergerak alat pemotong bawah atau ke benda kerja

Dalam pemrograman incremental, perintah G91 akan menunjukkan kepada komputer dan MCU bahwa pemrograman adalah untuk berada dalam mode incremental.(Steve Krar dan Arthur Gill,1990)

2.6 Jenis Mesin

Di masa lampau, mesin perkakas dibuat sesederhana mungkin untuk menjaga biaya rendah. Karena dapat meningkatkan upah tenaga kerja, mesin perkakas yang baik, lengkap dengan kontrol elektronik, yang dikembangkan oleh industri dapat menghasilkan barang yang lebih banyak dan lebih baik, dengan harga yang kompetitif dengan orang-orang dari industri lepas pantai. NC (numerically controlled) adalah program yang digunakan semua jenis mesin

perkakas, dari yang paling sederhana sampai yang paling kompleks. Alat mesin yang paling umum adalah mesin bor spindle tunggal, mesin bubut, mesin milling, dan mesin putaran pusat.

(50)

a. Axis X mengontrol pergerakan meja ke kanan dan b.

kiri

Axis Y mengontrol pergerakan meja menuju atau menjauh dari c.

kolom Axis Z mengontrol pergerakan poros spindle kebawah atau keatas, untuk melakukan pengeboran dengan kedalaman tertentu.

2.6.2 Mesin Bubut

Mesin bubut, salah satu mesin yang paling produktif, selalu menjadi sarana yang sangat efisien memproduksi bagian benda bentuk lingkaran. Sebagian besar mesin bubut diprogram pada dua axis, yaitu

Axis X mengontrol lintas gerak melintang (masuk atau keluar) dari alat

pemotong

Axis Z mengontrol pergerakan pemotong menuju atau menjauh dari headstock.

2.6.3 Mesin Milling

Mesin milling adalah salah satu mesin paling serbaguna yang digunakan dalam industri. Dioperasikan untuk milling (penggilingan), contouring, pemotongan roda gigi, pengeboran, penggurdian, dan reaming hanya beberapa dari banyak operasi yang dapat dilakukan pada mesin milling. Mesin milling dapat diprogram pada tiga axis, yaitu :

a. Axis X mengontrol pergerakan meja ke kiri atau kanan

b. Axis Y mengontrol pergerakan meja menuju atau menjauh dari kolom c. Axis Z mengontrol secara vertikal (atas atau bawah) gerakan menekuk

atau memanjang.

2.6.4 Mesin Putaran Pusat

Mesin Putaran yang berpusat dikembangkan pada pertengahan 1960-an setelah studi menunjukkan bahwa sekitar 40 persen dari semua operasi pemotongan logam yang dilakukan pada mesin bubut. Mesin ini dikontrol secara

(51)

numerik, memiliki akurasi yang lebih besar dan tingkat produksi yang lebih tinggi daripada mesin bubut

. Pengoperasian mesin ini berdasarkan pada dua axis, yaitu :

Axis X mengontrol lintas gerakan kepala b.

menara

Axis Z mengontrol pergerakan memanjang (menuju atau jauh dari headstock) dari kepala rotasi. (Steve Krar dan Arthur Gill,1990)

2.7 Spektrum Elektromagnetik

Cahaya merupakan sebuah gelombang dan partikel.(Mark Csele,2005) Cahaya elektromagnetik dapat dipertimbangkan sebagai bentuk energi cahaya sebagai transfer gelombang. Bentuk sederhana dari cahaya elektromagnetik dapat dilihat dalam Gambar 2.7 berikut.

Gambar 2.7 Gerakan gelombang cahaya elektromagnetik

Panjang gelombang (_λ) merupakan jarak antara dua gunung/lembah yang berdampingan dari gelombang itu. Banyaknya gelombang lengkap yang melewati suatu fisik yang diam persatuan waktu diberi istilah frekuensi (v). Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi adalah

λ = c / v (2.1)

dengan λ adalah panjang gelombang (cm), v adalah frekuensi (dt-1 atau Hz), c adalah kecepatan cahaya (3 x 1010 cm dt-1). Bilangan gelombang merupakan kebalikan dari panjang gelombang, dinyatakan sebagai ῡ (cm-1

ῡ = 1/ λ (2.2)

) yaitu :

(52)

nm = nanometer = 10-9 meter = 10 angstrom = 10-3 µm = mikrometer = 10

mikrometer -6_{meter = 10}4

Untuk radiasi UV dan tampak (visible) digunakan satuan angstrom dan nanometer. Sedangkan mikrometer digunakan untuk daerah IR (infra merah). Hubungan antara energi dan panjang gelombang (λ) dituliskan sebagai :

angstrom

E = h c / λ (2.3)

Dengan E = energi cahaya (erg), h = konstanta Planck(6,62 x 10-27 erg det). Spektrum elektromagnetik menyeluruh dikelompokkan seperti Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Spektrum Elektromagnetik

Daerah tampak (visible) sangat kecil panjang gelombang yang dikaitkan

dengan cahaya tampak itu mampu mempengaruhi selaput pelangi pada manusia, dan karenanya menimbulkan kesan subyektif akan ketampakan (vision). Panjang

gelombang daerah tampak dari 400 nm – sekitar 750 nm (Susila Kristianingrum), dengan frekuensi 7,5x1014 – 4x1014, dan bilangan gelombang (_ῡ) 25000 – 13000 cm-1-.(Ibnu Gholib,2007)

2.8 Laser

Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yang berarti penguatan cahaya melalui pancaran radiasi yang

terstimulasi. Ketika suatu atom berada pada tingkat eksitasi, kemudian disinari dengan foton yang sesuai maka atom pada tingkat tereksitasi ini akan turun ke tingkat energi yang lebih rendah dengan memancarkan foton. Jika cahaya ini mengenai atom lain yang berdekatan, maka akan lebih banyak lagi cahaya yang dilepaskan. Kemudian akan terjadi reaksi berantai terus menerus sehingga atom –

(53)

atom mengeluarkan cahaya secara bersamaan. Jika cahaya tersebut dipantulkan oleh cermin – cermin khusus, lama kelamaan intensitasnya menjadi lebih tinggi sehingga mampu menembus cermin dan terbentuklah sinar laser.(Siegmans,1986).

Sifat yang terjadi akibat kesamaan frekuensi adalah monokromatisme dan sifat yang terjadi akibat kesamaan fase adalah koherensi. Jadi syarat terbentuknya laser adalah sumber cahaya yang monokromatis dan koheren. (Fafat Reynaldo,2001)

Panjang gelombang λ dan osilasi frekuensi adalah korelasi dari kecepatan cahaya _� dengan :

�= � .� (2.4)

Kecepatan cahaya memiliki nilai sebesar 3 × 108 ms-1. Sejak cahaya tampak berada pada range panjang gelombang λ = 400 nm (biru) – 800 nm (merah), osilasi frekuensi cahaya tampak bervariasi dari 7.5 × 1014_{Hz sampai} 3.75 × 1014

� =ℎ� (2.5)

Hz. Pemahaman cahaya sebagai sebuah gelombang elektromagnetik cukup digambarkan pada proses refraksi dan difraksi ketika sebuah berkas cahaya menyebar melalui beberapa material berbeda. Sekarang, cahaya dapat digambarkan sebagai fluks sebuah foton. Setiap foton diuraikan dengan kecepatan cahaya dan megandung energi sebesar :

Dimana adalah frekuensi dan h adalah konstanta Planck (h = 6.675 × 10-31

Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan sangat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Sifat – sifat monokromatik, kolimasi, dan koherensi dari laser telah dikembangkan dalam berbagai aplikasi di beberapa bidang, seperti industri, biomedis, dll.(www.science4heritage.org)

Js). (Hans – Jochen Forth, 2008)

Laser dapat beroperasi pada :

1. Mode kontinu (continuous wave) dengan amplitudo keluaran konstan.

(54)

2. Laser pulsa dapat dihasilkan dengan teknik Q-switching, mode terkunci (mode locking) atau gain switching. Laser dalam bentuk pulsa dapat

menghasilkan daya yang sangat besar, kemudian berkas laser yang dihasilkan berubah terhadap waktu secara bolak – balik dengan mode on

dan off. Laser pulsa biasanya dibuat dengan tujuan untuk menghasilkan power laser yang sangat besar dengan waktu radiasi yang singkat. (David

R.Whitehouse,1993)

Laser dapat diklasifikasikan berdasarkan medium aktif : 1. Laser zat padat meliputi laser Nd:YAG, ruby

2. Laser zat cair atau dye laser

3. Laser gas meliputi laser CO2, HeNe

2.8.1 Proses Terjadinya Laser

Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut Albert Einstein ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan (absorbtion), emisi spontan

(fluorensi) dan emisi terstimulasi (atau lasing, artinya memancarkan laser).

(Perdana,Buyung,2008)

Ketika sebuah partikel secara spontan berpindah dari tingkat energi lebih tinggi E2 ke tingkat energi lebih rendah E1

�12 = �1−�2

ℎ (2.6)

yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 (b), foton yang dipancarkan memiliki frekuensi :

Foton ini dipancarkan pada sebuah arah yang acak dengan polarisasi yang berubah-ubah (kecuali pada medan magnet). Foton membawa pergi momentum

h/λ = h/c dan partikel yang dipancarkan (atom, molekul atau ion) mundur dalam

(55)

(a) (b) (c)

Gambar 2.9 (a) Absorbsi, (b) emisi spontan, dan (c) emisi terstimulasi (Hans – Jochen Foth, 2008)

Pada umumnya, ketika sebuah elektron berada dalam keadaan energi tereksitasi, elektron tersebut akan kekurangan energi karena melepaskan sebuah foton radiasi mengalami transisi menuju keadaan dasarnya dan memancarkan foton. Kejadian ini disebut emisi spontan (spontaneous emission) dan foton yang

dipancarkan dalam arah dan fase yang acak.

Disisi lain, jika sebuah elektron berada pada tingkat energi E2 dan mengalami peluruhan energi sampai pada tingkat energi E1, tetapi sebelumnya elektron tersebut memiliki kesempatan untuk meluruh secara spontan, maka sebuah foton yang dihasilkan dengan energi sebesar E2 – E1 akan memiliki panjang, arah dan fase gelombang yang persis sama dengan gelombang elektron tadi sehingga memperkuat energi cahaya yang datang. Proses ini disebut emisi terstimulasi. (Hans-Jochen Foth, 2008)

2.8.2 Komponen Laser

Proses pembentukan laser dimulai dengan proses pemompaan (pumping)

yang menyebabkan inversi polulasi pada eksitasi atom – atom (molekul, ion-ion, elektron-elektron semikonduktor) yang ada di dalam medium laser dari tingkat energi rendah menuju ke tingkat energi tinggi (level energi mekanika kuantum). Setelah itu atom – atom akan kembali menuju tingkat energi semula dengan memancarkan foton. Kemudian foton – foton tersebut bergerak ke kanan dan

(56)

osilasi. Karena osilasi foton – foton yang terus menerus sehingga mengeluarkan foton yang sangat kuat yang menjadi cahaya keluaran laser.(Siegmans,1986)

Gambar 2.10 Komponen Laser.(Siegmans,1986)

2.9 Interaksi laser dengan material

Dalam proses interaksi laser dengan material, terdapat beberapa macam proses yang terjadi, yaitu :

Gambar 2.11Mekanisme interaksi laser dengan material

2.9.1 Mekanisme Penyerapan Energi (Absorbtion)

Mekanisme penyerapan terjadi akan tergantung pada jenis bahan. Secara umum, foton akan bergerak ke arah sumbu yang tepat atau sumber getaran dalam materi tergantung pada energi foton. Dalam isolator dan semikonduktor, penyerapan sinar laser terutama terjadi melalui resonansi. Eksitasi seperti transisi elektron pita valensi ke pita konduksi (interband transisi) atau pita dalam

(57)

Sedangkan pada bagian tereksitasi dapat mentransfer energi pada foton. Foton dengan energi di bawah dalam pita bahan itu tidak akan diserap. Pada isolator energi biasanya berada dibawah frekuensi cahaya ultraviolet dan semikonduktor terlihat spektrum inframerah. Namun, pada beberapa penelitian tinggi resonansi frekuensipada foton optik berada mendekati daerah inframerah.

2.9.2 Konduktivitas Panas (Heat Conduction)

Pemanasan laser yang mengalir dapat mengaktifkan beragam suhu, proses tergantung dalam bahan padat. Ketika terdapat perbedaan temperature pada suatu medium atau antar medium, maka transfer panas akan muncul. Salah satu mekanisme transfer panas yang terjadi pada suatu medium, khususnya padatan adalah melalui konduksi. Transfer energi secara konduksi berkaitan dengan aktivitas atomic dan molekuler penyusun bahan tersebut.

2.9.3 Pelelehan (Melting)

Proses melting adalah proses peleburan material (ingot) dengan cara

memanaskannya hingga mencapai titik cair material yang dilebur, berjalan di dalam sebuah unit yang disebut melting furnace.

2.9.4 Penguapan (Evaporation)

Pada saat terjadinya interaksi laser dengan material, maka material akan mengalami pengurangan massa akibat terevaporasi. Kondisi terevaporasi adalah kondisi dimana cairan yang seharusnya berubah ke fase gas sebelum ke fase padatan, hal ini akan menyebabkan terjadinya jumlah massa terevaporasi.

(58)

mencapai melt expulsion halus, pola aliran lelehan perlu diprediksi dengan tepat,

terutama kecepatan aliran lelehan di pinggir lubang itu.

2.10 Laser Nd:YAG

Pada 1972, pertama Nd:YAG laser muncul di dunia industri. Komponen utama dari laser solid state adalah medium aktif, sumber pemompa dan resonator. Umumnya medium aktif dalam bentuk batang panjang dengan ujung datar dan sejajar, pemompa menyediakan satu atau dua lampu linear yang memancar dan dua cermin dielektrik membentuk resonator dengan batang di sumbunya. (

Tipe laser ini merupakan laser yang paling populer. Sebagai bahan aktif digunakan kristal Y

N.U Wetter dan W.de Rossi,2000)

3Al5O12 (Yttrium Aluminium Garnet, YAG) dimana beberapa ion Y3+ diganti oleh ion Nd3+. Konsentrasi umum doping ion Nd3+ adalah sekitar 1% atomik.(Hanif,dkk.2012) YAG (Y3Al5O12

Laser Nd:YAG dapat beroperasi pada kontinu dan pulsa. Laser ini banyak digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti : pemrosesan material (drilling dan welding), aplikasi medis (laser Nd:YAG kontinu dengan daya 50 Watt digunakan

untuk evaporasi jaringan dan koagulasi), aplikasi scientific, paint stripping dan

militer. (Hanif,dkk.2012)

) yang di doping dengan Neodymium (Nd), menghasilkan kristal dengan kekuatan dan kekerasan cukup tinggi, secara optik kristal ini merupakan kristal isotropik dengan struktur kubik, memiliki fluorescent linewidth yang sempit, menghasilkan penguatan yang

tinggi, dan ambang yang rendah untuk operasi laser.(Muchiar,2007)

Laser Q-switch memiliki keunikan yaitu pancaran laser dengan kekuatan yang tinggi dalam pulsa pendek. Tinggi dan rendahnya puncak kekuatan pulsa telah mengembangkan banyak aplikasi dari laser. Istilah "Q-switch" berasal dari fakta bahwa sinar laser "berhenti" sejenak sementara daya dimampatkan, kemudian dilepaskan. Dengan kombinasi kekuatan tinggi dan panjang gelombang pendek, laser Q-switch sering digunakan untuk mencairkan logam, menguapkan dan mengikis material dengan mengurangi terjadinya pemanasan.(Jay Eastman,2014)

(59)

2.10.1 Cooling system Pumping cavity Output laser beam Output mirror Pumping lamp Power supply Rear mirror Q-switcher Laser rod

Komponen Laser Nd:YAG

Gambar 2.12 Sistem laser zat padat Komponen laser Nd:YAG :

a. Batang laser Nd:YAG

Kristal Nd:YAG dikembangkan dengan metode czochralski, hasilnya kristal itu dikembangkan dengan diameter 6 sampai 8 cm dan panjangnya mencapai 20 cm. Setelah pemeriksaan, hasil pengembangan itu diproses untuk diekstrak ke batang laser, dengan penampang rata dan sejajar. Arah pertumbuhan dan dengan demikian sumbu batang laser umumnya adalah “(1)”.

b. Flashlamp

Kebanyakan laser solid state menggunakan lampu linier sebagai sumber pompa optik untuk eksitasi ion aktif. Lampu ini adalah tabung gas debit tinggi kuat kuarsa, biasanya diisi dengan Xe atau Kr dan dirancang untuk memancarkan radiasi kecerahan tinggi dalam rezim berdenyut/pulsa atau kontinu.

c. Rongga pompa

(60)

d. Head Laser

Head laser adalah nama dari kumpulan yang menggabungkan semua elemen optik juga dengan proses mekanik dan listrik. Umumnya terdapat rongga pompa dengan batang laser (atau lembaran) dan flashlamp, resonator laser yang termasuk struktur mekanik dan semua bagian input dan output yang diperlukan untuk sumber daya listrik, cairan pendingin dan sinar laser.

e. Power supply

Kunci utama dalam keberhasilan menggunakan Nd: YAG laser sebagai perangkat pengolahan bahan adalah kemampuan untuk beroperasi di banyak rezim yang berbeda. Hal ini dapat berjalan baik secara continue atau pulsa dengan tingkat repitition dari tembakan single hingga kHz dan bentuk tempo dan panjang output pulsa berikut dilakukan oleh sumber pemompa (pumping). Adanya arus

yang mengalir pada lampu pompa karena ini adalah parameter yang dikontrol pada power supply laser. Dengan kemajuan teknologi dan komponen, telah dirancang dengan baik power supply yang mampu bekerja selang waktu yang lama (thousands of hours) tanpa ada masalah (troubling).

Tipe power supply switch, masukan arus AC melewati lonjakan arus dibatasi rangkaian ke rectifier dan filter, dimana disini arus akan diubah ke DC dan melangkah ke tegangan yang lebih tinggi. Ini kemudian mengalir ke trafo, terutama melalui transistor utama diswicth, pada bagian ini arus DC menuju arus AC frekuensi tinggi (30 sampai 50 kHz) yang akan diterapkan untuk trafo. Energi ditransfer melalui trafo untuk tegangan rangkaian multiplier yang menimbulkan tegangan sekunder trafo adalah yang diperlukan untuk operasi laser. Hal ini juga mengubah kembali ke DC. Selama operasi, saat laser beroperasi dan dikirim kembali melalui rangkaian kontrol menuju transistor lalu diswitch di mana hubungan yang tepat antara waktu dipertahankan. Ini untuk mengontrol jumlah arus yang mengalir ke laser.

f. Sistem Cooling

Pendinginan laser solid state sering kali diperlukan karena hanya sebagian kecil dari input energi listrik diubah menjadi radiasi laser. Karena sebagian besar

(61)

masukan energi ini diubah menjadi panas yang disimpan di batang laser sebagai penyimpanan utama, lalu menuju flashlamp dan pompa rongga. Dalam rangka untuk menghilangkan panas ini, hampir semua menggunakan desain deionisasi air (pertukaran ion) dengan resistivitas tingkat tinggi (10 Megaohm-cm). Melalui penggunaan tabung aliran, cairan pendingin dipaksa sepanjang diameter luar flashlamps dan batang laser.

Umumnya sistem menggunakan sirkuit lingkaran tertutup, termasuk udara sederhana untuk air atau air untuk penukar panas air dan pendingin (pendingin air). Menarik kembali udara dari udara untuk sistem air ketergantungan mereka pada suhu udara ambien. Sebaliknya, air untuk sistem air (yang tergantung pada suhu air pendingin) yang lebih efektif.

Penggunaan salah satu sistem tertutup untuk memastikan kontrol kualitas air juga menyediakan aliran konstan dan tekanan untuk kepala laser yang penting untuk daya output konstan. Untuk daya tinggi laser industri, sistem yang terbaik adalah didinginkan dengan pendingin atau air chiller karena secara otomatis dapat mengontrol semua variabel penting dari rangkaian laser pendingin. Unit ini menggunakan pendingin mekanik untuk mempertahankan suhu yang tepat dan termasuk waduk dan pompa untuk menyediakan kondisi aliran dan tekanan yang stabil.( N.U Wetter dan W.de Rossi,2000)

2.11 Lens Pemfocus

Salah satu lensa yang sederhana adalah lensa bundar tebal yang terbuat dari material yang transparant, biasanya terbuat dari gelas, bagian lensa yang paling tebal adalah bagian tengahnya dibandingkan bagian pinggirnya. Lensa mempunyai sifat mirip dengan prisma dimana dapat menyimpangkan cahaya yang melewatinya.

Perhatikan berkas – berkas yang paralel dengan sumbu pada lensa cembung ganda yang diperlihatkan pada gambar 2.13. kita anggap lensa terbuat

(62)

Dari hukum snell, kita dapat melihat bahwa setiap permukaan untuk berkas yang atas, kita dapat melihat bahwa setiap benda pada gambar 2.13 dibelokkan menuju sumbu pada kedua permukaan lensa. Jika berkas – berkas yang paralel dengan sumbu jatuh pada lensa tipis, mereka akan difokuskan pada satu titik yang disebut titik fokus, F.

F _Sumbu

Gambar 2.13 Berkas – berkas paralel difokuskan oleh lensa konvergen Jarak titik fokus dari pusat lensa disebut jarak fokus, f. Titik diluar jarak

fokus disebut titik defokus. Lensa dapat diputar sehingga cahaya dapat melewatinya dari sisi yang lain.(Giancoli,1998)

Gambar 2.14 (a)cahaya yang lewat lensa pada titik fokus, (b)cahaya yang lewat lensa pada titik defokus

2.12 Keuntungan Mesin Laser CNC

Mesin laser cnc sama halnya dengan fungsi mesin CNC, hanya mata bor yang biasa dipakai untuk melakukan pemotongan, pengeboran, dan lainnya, disini diganti dengan laser. Keuntungan dari penggunaan laser dialokasikan pada mesin CNC ini. laser dapat melakukan pemotongan, pengelasan, pengeboran dan

(63)

lainnya. Mesin laser CNC yang menjadi 1 alat yang baru, berarti juga memberi fungsi – fungsi yang baru.

Mesin CNC adalah mesin yang dikontrol oleh bahasa pemrograman G-Code, secara langsung dari komputer kemudian diinstruksikan ke mesin CNC untuk dilaksanakan. Dengan CNC, maka dapat membuat pola kerja CNC dengan beranekaragam bentuk dari pola yang mudah sampai pola yang tingkat kesulitannya tinggi, dan memiliki detail pola yang rumit. Dengan menggunakan laser, maka segala kesulitan pada pola kerja benda uji dapat teratasi.

Laser memiliki sinar koheren, tentu ini menjadi keuntungan terbesar dalam mesin laser CNC. Laser dapat ditembakan ke target yang pola kerjanya sempit, atau menyelubungi ruang benda uji sebagai target. Karena sinar laser dapat dibelokkan, dapat memvariasikan energi, beam laser, beam hotspot dan panjang gelombang.

2.13 Pengupasan Cat

Pengupasan cat adalah proses membersihkan cat dari benda uji. Benda uji yang dikupas memiliki tingkat kesulitan dari tekstur dan warna cat. Dengan mengabaikan penyerapan benda uji terhadap radiasi panjang gelombang laser, melainkan penyerapan warna cat dengan panjang gelombang laser. Warna cat yang digunakan memiliki panjang gelombang : hijau 490 – 570 nm dan merah 650 – 750 nm. Semakin besar panjang gelombang maka akan semakin besar puladaya serap cat terhadap beam laser.

Keuntungan ganda dari metode ini adalah penembakan laser hanya menguapkan sebagian kecil dari permukaan target, diikuti eksitasi atom-atom target yang telah terevaporasi, sehingga analisis dapat dilakukan hanya pada sebagian kecil dari bahan uji dan spektrum bebas dari kontaminasi oleh elektroda bantu.(Irwanuddin H. Kulla,2004)

(64)

panjang gelombang warna cat dengan panjang gelombang laser. Semakin besar panjang gelombang warna cat, maka membutuhkan panjang gelombang laser yang besar pula untuk mengupas. Artinya panjang gelombang laser dengan panjang gelombang warna cat harus disesuaikan.

Menggunakan laser untuk mengupas cat dapat dimaksimalkan dan meminimalkan kerusakan benda uji. Dari percobaan yang telah dilakukan sebelumnya menggunakan laser CO2 bahwa permukaan benda uji lebih bersih dan sangat cocok untuk membersihkan komposit dari pada metode lainnya.

Gambar 2.15 Paint stripping pada pesawat by Joe Ermalovich at Aero Pro(Katy Wolf,2009)

Keuntungan pengupasan cat berbasis laser adalah lebih efektif, harga terjangkau, minimalis tenaga kerja, aplikasi cepat, dapat memakai sistem scanner

poligon atau galvo. Laser mampu mencapai daerah – daerah sempit dan membersihkan korosi yang terdapat pada benda uji dengan memberi perlakuan khusus. Efisiensi laser pulsa untuk pengupasan cat ditentukan oleh energi dalam durasi dan bentuk pulsa, sedangkan laser continue lebih kepada konsistensi.(Jay Eastman.2014) Pengupasan cat menggunakan laser ini lebih baik dibanding menggunakan media ledakan plastik (PMB), yaitu dapat menghasilkan limbah dan polutan udara yang berbahaya.

(65)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini, zaman Era Modernisasi, kebutuhan manusia yang tidak terbatas, akhirnya menuntut kemajuan dan kecanggihan ketersediaan kebutuhan manusia. Manusia menginginkan apa yang di butuhkan dapat diakses dengan mudah, cepat, dan praktis (Instan). Akhirnya memunculkan berbagai penemuan

baru seturut dengan perkembangan ilmu pengetahuan.

Kemajuan Ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat dan canggih telah berperan di segala bidang kehidupan manusia. Pengembangan dari teknologi komputer yang beranekaragam, salah satunya dengan mengaplikasikan program komputer ke dalam mesin-mesin perkakas seperti mesin bubut, mesin freis, mesin bor, mesin las, mesin gerinda dan lain-lain. Hasil gabungan antara teknologi komputer dan teknologi mekanik inilah yang selanjutnya dinamakan mesin CNC (Computer Numerically Controlled), dimana pengoperasiannya

menggunakan program yang dikontrol langsung oleh komputer. Jika dibandingkan dengan mesin perkakas konvensional yang setaraf dan sejenis, maka mesin perkakas CNC akan menghasilkan komponen yang memiliki kualitas yang

sama antara komponen yang satu dengan komponen lainnya, lebih teliti (akurat), lebih tepat (presisi), luwes (fleksibel) dan cocok untuk menghasilkan produk

dalam kuantitas besar dalam waktu yang relatif lebih singkat.

Kemajuan teknologi laser juga mengalami perkembangan yang pesat, sangat sering kita jumpai dalam kehidupan sehari – hari. Laser adalah alat yang menghasilkan atau memperkuat radiasi koheren pada frekuensi di daerah inframerah, cahaya tampak, atau ultraviolet dari spektrum elektromagnetik. Para insinyur dan ilmuwan, di bidang teknologi mulai dari mikrobiologi sampai kepada bidang manufaktur, melakukan berbagai eksperimen untuk menemukan fungsi

(66)

Dengan menggabungkan perangkat fungsional ini, mesin CNC dengan laser, maka akan ditemukan fungsi yang baru. Mesin CNC yang biasa pengerjaannya menggunakan mata bor, pada penelitian ini mata bor diganti dengan laser. Sebut saja ini, mesin laser CNC, mesin yang dikontrol oleh instruksi program G-Code langsung dari komputer, kemudian laser yang bertindak terhadap

benda uji.

Laser Nd:YAG salah satu laser zat padat yang memiliki pancaran sinarnya dalam bentuk pulsa. Pada penelitian ini, laser Nd:YAG digunakan untuk pengupasan cat.

Pengupasan cat salah satu aplikasi dari mesin laser CNC. Dimana pengupasan cat ini, daya pakainya dapat dialokasikan untuk pengupasan cat mobil dan pesawat.

Penggunaan laser untuk menghilangkan bahan ablatif, pertama kali diusulkan pada tahun 1987. Hasil pengujian pengupasan cat dengan laser CO2 diperoleh bahwa penghapusan lapisan dengan laser pada permukaan substrat lebih bersih daripada metode lainnya dan sangat cocok untuk membersihkan komposit. Dibandingkan pengupasan cat dengan media peledakan plastik (PMB) atau dengan bahan kimia. Kedua proses yang mahal dan memakan waktu. Selain itu, kedua metode ini menghasilkan sejumlah besar limbah berbahaya dan emisi udara berbahaya. PMB (Plastic Media Blasting) menghasilkan debu beracun, bahan

kimia mengandung senyawa organik volatil (VOC=Volatile Organic Compounds)

dan polutan udara yang berbahaya.(Eastman,Jay,2014). Pada penelitian ini penulis mencoba untuk menggabungkan mesin CNC dengan laser untuk salah satu aplikasi pengupasan cat.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalah yang diajukan dalam penulisan skripsi ini adalah dengan mesin laser CNC (Computer Numerically Controlled) dapat dilakukan pengupasan cat.

(67)

1.3 Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini, maka diberikan ruang lingkup batasan masalah, adalah :

1. Pengupasan cat menggunakan mesin laser CNC.

2. Aplikasi pengupasan cat menggunakan pilox warna merah dan hijau (Acrylic Epoxy Spray Paint).

3. Sistem kontrol penggerak mesin CNC menggunakan bahasa pemograman G-Code.

4. Laser yang digunakan Nd:YAG laser pulse 1064 nm, dan 532 nm.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini, adalah :

1. Untuk mengaplikasikan mesin laser CNC untuk paint stripping

2. Untuk mengetahui interaksi yang terjadi antara beam laser dengan cat (material) pada proses paint stripping

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dilakukannya penelitian ini adalah :

1. Dapat mengetahui prinsip kerja dan multifungsional mesin laser CNC. 2. Dapat mengaplikasikan mesin laser CNC untuk pengupasan cat pada

Pesawat dan Mobil.

1.6 Tempat Penelitian

Penelitian untuk tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Laser Pusat Penelitian Fisika (P2F), Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Kawasan PUSPITEK Serpong, Tangerang Selatan, Indonesia.

(68)

1.7 Sistematika Penulisan

Penulisan Laporan Tugas Akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penelitian.

BAB II : Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan dari penelitian yang dilakukan.

BAB III : Metode Penelitian

Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram penelitian (prosedur penelitian), dan karakterisasi cuplikan yang dilakukan.

BAB IV : Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.

BAB V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan saran untuk penelitian lebih lanjut.

(69)

ABSTRAK

Telah dilakukan pengupasan cat pada benda uji Aluminium dan besi menggunakan mesin laser CNC (Computer Numerical Control). Laser Nd:YAG pulsa yang digunakan sebagai sumber energi untuk mengupas cat, dengan Fundamental Harmonic (1064 nm) dan Second Harmonic (532 nm).

Proses pengupasan cat dimulai dengan pembuatan desain pola lintasan laser sesuai ukuran benda uji dengan software Notepad++, kemudian desain dibuka dan dijalankan dengan software USB CNC. Software USB CNC ini akan memberikan instruksi kepada motor CNC untuk menggerakkan meja mesin mengikuti desain pola lintasan yang telah dibuat. Benda uji dicat dengan warna merah (620-750 nm) dan hijau (495-570 nm). Pengupasan cat menggunakan mesin laser CNC dilakukan optimalisasi beam laser, dan energi laser untuk mengupas cat melalui set up alat mesin CNC dan laser Nd:YAG pulsa. Energi optimum 12 mJ (1064 nm) dan 15 mJ (532 nm), dengan titik defocus lensa 8 cm.

Cat pada benda uji dapat terkelupas karena adanya interaksi antara laser dengan material, cat mengalami evaporasi (penguapan) menyebabkan atom – atom pada material terpental keluar akhirnya cat terkelupas. Setelah pengupasan cat, dilakukan pengamatan permukaan benda uji menggunakan mikroskope optic perbesaran 10x, diperoleh benda uji warna merah dan hijau lebih baik pengupasannya pada Nd:YAG fundamental harmonic (1064 nm) daripada Nd:YAG second harmonic (532 nm).

(70)

CONTROLLING MACHINE LASER CNC FOR PAINT STRIPPING

ABSTRACT

Paint stripping has been performed on specimen Aluminium (Al) and Ferro (Fe) using a machine laser CNC (Computer Numerical Control). Laser Nd:YAG pulse is used as an energy source for the paint stripping, which Fundamental Harmonic (1064 nm) and Second Harmonic (532 nm).

Paint stripping process begins with the manufacture of laser line pattern design according to size of the specimen with Notepad++ software, then the design is up and running with USB CNC software. CNC USB software will give instructions to motors to moving table machine CNC enter the line of design patterns that have been made. Specimens painted in red (620-750 nm) and green (495-570 nm). The optimization paint stripping using a machine laser CNC of laser beam, and laser energy to paint stripping through the set up of machine CNC and laser Nd:YAG pulse. The optimum energy 12 mJ (1064 nm) and 15 mJ (532 nm), the lens defocus point 8 cm.

Cat on specimen can be striped off due to the interaction between beam laser and material, paint experienced evaporation causes the atoms - atoms in the material ended up bouncing off the paint chipped. After paint stripping, the surface of the specimen was observed using optical mikroskope 10x magnification, obtained specimen of red and green is better stripping on Nd:YAG fundamental harmonic (1064 nm) than Nd:YAG second harmonic (532 nm). Keywords: Paint Stripping, machine CNC, laser Nd:YAG pulse

(71)

PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK

PAINT

STRIPPING

SKRIPSI

DESI PERMATA SARI

110801010

DEPARTEMEN FISIKA

(72)

PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK PAINT STRIPPING

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

DESI PERMATA SARI 110801010

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

(73)

PERSETUJUAN

Judul : Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Kategori : Skripsi

Nama : Desi Permata Sari

Nim : 110801010

Program Study : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, 11 Agustus 2015

Diketahui/disetujui oleh :

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing : Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP : 1955103019800311003 NIP : 195510301980031003

(74)

PERNYATAAN

PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK PAINT STRIPING

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalamnya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, 11 Agustus 2015

DESI PERMATA SARI 110801010

(75)

PENGHARGAAN

“Banyaklah yang telah Kaulakukan, ya TUHAN, Allahku, perbuatan-Mu yang ajaib dan maksud-Mu untuk kami. Tidak ada yang dapat disejajarkan dengan

Engkau! Aku mau memberitakan dan mengatakannya, tetapi terlalu besar jumlahnya untuk dihitung” (Maz 40:6)

Penulis menyadari semuanya karena pekerjaan tangan Tuhan dalam menjalani perkuliahan sampai kepada menyelesaikan Tugas Akhir ini yaitu berjudul “Pengontrolan Mesin Laser CNC untuk Paint Stripping”. Laporan tugas

akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Laser P2F-LIPI sesuai dengan waktu yang ditetapkan.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr.Bambang Widiyatmoko, M.Eng sebagai Kepala Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPITEK Serpong, Tangerang yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian.

2. Ibu Dr.Maria Margaretha Suliyanti, M.T, selaku dosen pembimbing di P2F LIPI yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian skripsi ini,dan bapak ibu Group Laser : Pak Isnaeni, Pak Wildan, Pak Sidik, Pak Suryadi, Pak Ion, Bu Fina, Bu Karina, Bu Affi, Bu Yuli yang juga memberikan perhatian untuk kemajuan penelitian penulis. 3. Bapak Masno Ginting dan Pardamean Sebayang selaku alumni Fisika dan

peneliti di P2F LIPI yang telah membantu, memberi semangat, motivasi dan berbagi pengalaman selama penelitian di P2F LIPI

4. Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing di USU yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian

(76)

Bapak Dr.Bisman P,M.Eng.Sc selaku dosen penguji yang telah memberi kritik dan saran yang membangun untuk kebaikan Tugas akhir penulis. 6. Ibunda tercinta Rotua Hutauruk yang setia berdoa untuk penulis, dukungan

dana, dan moral. Saudara ku yang terkasih : Kak Alice, Kak Shinta, Bg Rudi yang setia memberi dukungan kepada penulis.

7. Keluarga Rohaniku Jehovah Jireh Bg Andes, Nova, Misael dan David yang telah membantu dan menolong saya untuk bertumbuh didalam Tuhan mendapat pengenalan yang benar akan Kristus Yesus. Telah berdoa, memberi semangat, ada ketika suka dan terjatuh. Aku mengasihi Jehovah Jireh, seperti Yesus mengasihi daku.

8. Adik-adik Rohaniku, aku mengucap syukur kepada Tuhan setiap aku mengingat kamu Lektro, Eko, Juita, Wendi, Lasdor, Susi, Apde, dan Lili trimakasih untuk perhatian, semangat dan doa nya adinda ku.

9. Teman-teman sepelayanan UP FMIPA yang tidak dapat disebutkan satu per satu, trimakasih telah menyebut nama ku didalam doa mu.

10. Physic Prolixyou always my bestis guys, teman seperjuangan dalam

suka-duka, ngelab, kuliah, kepanitiaan, trimakasih telah memberikan banyak pengalaman berharga selama kurang lebih 4 tahun, aku akan selalu mengingatmu : Ancela, Juli, Rahel, Pesta, Rani, Ita, Fitri, Lilis, Widya, Intan, Putri, Dyana, Sri, Indah, Tri, Rinto, Jepri, Jeri, Hendri, Gebs, Damos, Jansius, Parasian, Togar, Wahyu, David, Nova, Misael, Iwan, Edi, Ilham, Stefen, Hendra, Dosni, Eman, Fahmi, Henni, Ivo, Jusprin, Nensi, Tabita, Randi, Russel, Rusti, Trisno, William, Darma.

11. Nuansa Kost Harmonika 16, wanita-wanita tersayang : kaka sayang Siska-Nuri-Fitri, sayangku Tasya-Devi-Putri, adek sayang Rika-Uli, yang selalu memberi semangat dan perhatian.hahaha...We are the best 

Tugas Akhir ini masih jauh dari kriteria sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca dan dapat menjadi referensi untuk peneliti selanjutnya tentang Paint Stripping.

(77)

ABSTRAK

(78)

CONTROLLING MACHINE LASER CNC FOR PAINT STRIPPING

ABSTRACT

(1)

CONTROLLING MACHINE LASER CNC FOR PAINT STRIPPING

ABSTRACT

(2)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar Isi viii

Daftar Tabel xi

Daftar Gambar xii

Daftar Lampiran xiv

Bab 1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Tempat Penelitian 3

1.7 Sistematika Penulisan 4

Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1 Numerical Control (NC) 5 2.2 Computer Numerically Controlled (CNC) 5 2.3 Keuntungan Teknologi CNC 6

2.4 Mesin CNC 7

2.4.1 Sistem Koordinat Cartesian 7

2.4.2 Prinsip Kerja 9

2.4.3 Jenis Mesin 9

2.5 Bahasa Pemrograman G-Code 10

2.5.1. Sistem Absolute 12

(3)

2.9.1 Mekanisme Penyerapan Energi (Absorbtion) 21 2.9.2 Konduktivitas Panas (Heat Conduction) 22 2.9.3 Pelelehan (Melting) 22 2.9.4 Penguapan (Melting) 22

2.9.5 Melt Expulsion 22

2.10 Laser Nd:YAG 23

2.10.1 Komponen Laser Nd:YAG 24

2.11 Lens Pemfocus 26

2.12 Keuntungan Mesin Laser CNC 27

2.13 Pengupasan Cat 28

Bab 3. Metode Penelitian

3.1 Diagram Block Penelitian Paint Stripping 30

3.2 Preparasi Benda Uji 30

3.3 Pengecatan Benda Uji 30

3.4 Pengukuran Ketebalan Cat 31 3.5 Penulisan Pola Benda Uji dengan Notepad++ 32

3.6 Program USB CNC V.3 33

3.7 Set Up Alat 33

3.8 Paint Stripping 34

3.9 Peralatan 35

3.9.1 Mesin CNC 35

3.9.2 Laser Nd:YAG Q-Smart 850 (1064nm,532nm) 37 3.9.3 Mikroskope Optic, Lampu, dan Kamera 38 3.10 Diagram Alir Penelitian 39 3.11 Proses Pengambilan Data 40 Bab 4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Hasil Penelitian 41

4.2 Pembahasan 44

Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 46

5.2 Saran 46

Daftar Pustaka Lampiran

(4)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Kode G dan M 10

Tabel 4.1 Ketebalan Benda Uji Al 40

Tabel 4.2 Ketebalan Benda Uji Fe 40

Tabel 4.3 Hasil pengupasan cat dengan Nd:YAG 1064 nm 41 Tabel 4.4 Hasil pengupasan cat dengan Nd:YAG 532 nm 42

(5)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Koordinat axis X dan Y 8

Gambar 2.2 Koordinat 3 dimensi axis X,Y dan Z 9 Gambar 2.3 Sistem koordinat pada mesin CNC 9 Gambar 2.4 Penetapan titik koordinat mesin CNC (X0,Y0) 10

Gambar 2.5 Referensi Absolut 12

Gambar 2.6 Referensi Inkremental 13

Gambar 2.7 Gerakan gelombang cahaya elektromagnetik 16

Gambar 2.8 Spektrum Elektromagnetik 17

Gambar 2.9 (a) Absorbsi, (b) emisi spontan, dan (c) emisi terstimulasi 20

Gambar 2.10 Komponen Laser 21

Gambar 2.11 Mekanisme interaksi laser dengan material 21 Gambar 2.12 Sistem laser zat padat 24 Gambar 2.13 Berkas – berkas paralel difokuskan oleh lensa konvergen 27 Gambar 2.14 (a)cahaya yang lewat lensa pada titik fokus, 27

(b)cahaya yang lewat lensa pada titik defokus Gambar 2.15 Paint stripping pada pesawat by Joe Ermalovich at

Gambar 3.1 Diagram Block Paint Stripping 30 Aero Pro 29

Gambar 3.2 Mikrometer Analog 31

Gambar 3.3 Listing Program 32

Gambar 3.4 Pola benda uji untuk paint stripping 33 Gambar 3.5 Set up alat penelitian Paint Stripping 34 Gambar 3.6 Power Supply,Kapasitor dan Advanced Vector Servo (AVS) 35 Gambar 3.7 USB CNC_CPU_3.00 TOP dan USB CNC V3 36

Gambar 3.8 Connector USB CNC V3 36

Gambar 3.9 Mesin Laser CNC 36

Gambar 3.10 Laser Head 37

Gambar 3.11 Laser Power Supply and Integrated Cooling System 37

Gambar 3.12 Q-touch Control Panel 38

Gambar 3.13 Mikroskope optic dan kamera Nikon DSLR 38 Gambar 3.14 Diagram alir paint stripping 39 Gambar 3.15 Proses kerja paint stripping menggunakan mesin laser CNC 40

(6)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Listing Program CNC Lampiran B Program CNC

Lampiran C Data Paint Stripping Lampiran D Tabel Energy Nd:YAG

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

3

ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

TABEL – GRAFIK DATA

2

ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

Fundamental

Q-Switch Delay - Vs - Energy

PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK

PAINT

STRIPPING

SKRIPSI

DESI PERMATA SARI

110801010

DEPARTEMEN FISIKA

Parts

Dokumen yang terkait

cnc pengoperasian mesin bubut cnc 0

cnc pengoperasian mesin frais cnc 0

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

PENERAPAN MODUL MESIN BUBUT CNC UNTUK ME

MAKALAH MANFAAT MESIN CNC UNTUK KEBAIKAN

Dukungan

Links

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

3

ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

TABEL – GRAFIK DATA

2

ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

Fundamental

Q-Switch Delay - Vs - Energy

PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK

PAINT

STRIPPING

SKRIPSI

DESI PERMATA SARI

110801010

DEPARTEMEN FISIKA

Parts

Dokumen yang terkait

cnc pengoperasian mesin bubut cnc 0

cnc pengoperasian mesin frais cnc 0

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

Pengontrolan Mesin Laser CNC Untuk Paint Stripping

PENERAPAN MODUL MESIN BUBUT CNC UNTUK ME

MAKALAH MANFAAT MESIN CNC UNTUK KEBAIKAN

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan