SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 218
Pengaruh Kecepatan Potong Pada Pemotongan Polymethyl Methacrylate Menggunakan Mesin Laser Cutting
Braam Delfian Prihadianto1, Gesang Nugroho2
1)Mahasiswa S2 Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin dan Industri
2)Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada Jalan Grafika No. 2, Yogyakarta 555281, Indonesia
e-mail: 1) [email protected]
ABSTRAK
Laser cutting merupakan salah satu proses yang sering digunakan sebagai alternatif dari permesinan konvensional. Laser cutting bekerja dengan mengarahkan output dari daya laser tinggi pada material yang akabbn dipotong, material kemudian meleleh, terbakar, menguap oleh gas, dan menghasilkan tepi dengan permukaan yang berkualitas tinggi.. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan potong dari mesin laser cutting terhadap kekasaran permukaan yang dihasilkan pada material polymethyl methacrylate (PMMA). Pada penelitian ini digunakan mesin laser dengan daya maksimal 60 watt dengan spesimen pengujian berbentuk persegi dengan dimensi 50 x 50 mm dengan ketebalan 2 dan 5 mm serta variasi kecepatan 0.2 – 0.45%. Untuk mendapatkan nilai kekasaran permukaan dari hasil proses pemotongan dilakukan pengujian dengan surface roughness tester pada sumbu X dan sumbu Y. Hasil pengujian kekasaran permukaan didapatkan nilai Ra yang semakin meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan potong.
Kata kunci: laser cutting, surface roughness, cutting speed, polymethyl methacrylate.
ABSTRACT
Laser cutting is a process that is often used as an alternative to conventional machining.
Laser cutting works by directing the output of high power laser on the material to be cut. The material then melt, burned, and vaporize. Finally it produces edges with high quality surface. This study aimed to determine the effect of cutting speed laser to surface roughness resulting for polymethyl methacrylate (PMMA) material. This study used a laser engine with a maximum power of 60 watts. The specimens’ used was square shaped with dimensions 50 x 50 m, 2 and 5 mm thickness, and 0.2 – 0.45% cutting speed variation. To obtain surface roughness values of the cutting process result, surface roughness test was conducted on X and Y axis. From the result of surface roughness test it can be concluded that the faster the cutting speed, the higher Ra value.
Keyword: laser cutting, surface roughness, cutting speed, polymethyl methacrylate.
Pendahuluan
Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yaitu terjadinya penguatan cahaya melalui emisi radiasi yang terstimulasi. Ketika suatu atom berada pada tingkat eksitasi, kemudian disinari dengan foton yang sesuai maka elektron pada tingkat tereksitasi ini akan turun ke tingkat energy yang lebih rendah dengan memancarkan foton. Jika cahaya ini mengenai
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 219 atom lain yang berdekatan, maka akan lebih banyak lagi cahaya yang dilepaskan dan bila terjadi reaksi berantai yang terus menerus sehingga atom-atom mengeluarkan cahaya secara bersamaan. Cahaya yang dihasilkan tersebut dipantulkan oleh cermin-cermin khusus sehingga membuat naiknya intensitas dan mampu menembus cermin sehingga terbentuklah sinar laser. Berkas sinar laser pada umumnya koheren, dimana berkas cahaya yang dipancarkan tidak menyebar dan rentang frekuensinya kecil (monochromatic light)[2].
Laser cutting merupakan salah satu proses yang sering digunakan sebagai alternatif dari permesinan konvensional. Kelebihan dari laser cutting adalah hasil pemotongan yang memiliki kualitas baik dan mencegah kerusakan produk yang dihasilkan. Mesin laser cutting memiliki kepresisian intensitas yang tinggi dalam pemotongan logam. Selain itu laser aided cutting dalam dunia manufaktur dapat digunakan untuk memotong berbagai macam material seperti logam, kayu, kaca, dan plastik[1]. Laser cutting bekerja dengan mengarahkan output dari daya laser tinggi pada material yang akan dipotong. Material kemudian meleleh, terbakar, menguap oleh gas, dan meninggalkan tepi dengan permukaan yang berkualitas tinggi akibat pengaruh dari diberikannya gas nitrogen[4]. Skema dari laser cutting dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Skema laser cutting (Samarya, 2013)
Penelitian ini difokuskan untuk mengetahui pengaruh kecepatan potong dari mesin laser cutting terhadap kekasaran permukaan yang dihasilkan pada material polymethyl methacrylate (PMMA).
Metode Penelitian Material
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah polymethyl methacrylate (PMMA) atau biasa dikenal dengan nama acrylic dengan ketebalan 2 dan 5 mm seperti terlihat pada gambar 2 dan sifat dari material PMMA dapat dilihat pada tabel 1.
Gambar 2. PMMA
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 220 Tabel 1. Properties of PMMA (Ismail, 2012)
Melting point (°C) Tensile strength (MPa) Elongation (%)
Thermal conductivity (W/m.°K)
160 35 – 62
5 – 70 0.000729
Alat
1. Mesin laser
Mesin laser yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin laser cutting dengan kapasitas maksimal 60 Watt dengan dimensi area kerjanya adalah 726 x 432 mm dan digunakan untuk pengerjaan material logam non logam seperti dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Mesin laser trotec speddy 300 2. Alat ukur
Adapun alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini adalah digital caliper untuk pengukuran dimensi material yang dipotong dan surface roughness tester digunakan untuk mengetahui nilai kekasaran permukaan dari material yang dilakukan pemotongan. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah surfcoder SE-1700 roughness tester seperti yang terlihat pada gambar 4.
Gambar 4. Surfcoder SE-1700 roughness tester
Pengujian
Pengujian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada dan Laboratorium Bahan Teknik Departemen Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada.
Tabel 2. Parameter pemotongan Kecepatan potong
Tebal material Daya pemotongan
0.2 – 0.45 (%) 2 dan 5 (mm) 95 (%)
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 221 Gambar 5. Bentuk spesimen
Material dipotong dengan ukuran 50 x 50 mm menggunakan laser cutting dengan variasi kecepatan potong 0,2; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40 dan 0,45% seperti terlihat pada tabel 2 dan gambar 5. Pengukuran dimensi dilakukan pada spesimen hasil pemotongan dengan digital caliper dan pengukuran kekasaran permukaan menggunakan surface roughness tester. Pengujian dilakukan pada sumbu X dan sumbu Y. Proses pengujian secara lengkap diperlihatkan pada gambar 6.
Gambar 6. Diagram alir penelitian
Hasil dan Pembahasan
Spesimen hasil pemotongan mesin laser trotec speddy 300 pada material PMMA ketebalan 2 mm dengan semua variasi kecepatan yang digunakan, dapat terpotong dengan baik seperti terlihat pada Gambar 7. Sedangkan proses pemotongan pada material PMMA ketebalan 5 mm terpotong dengan baik menggunakan kecepatan 0,2; 0,25; 0,30 dan 0,35%, seperti terlihat pada Gambar 8. Sedangkan proses pemotongan dengan kecepatan 0,40 dan 0,45% tidak dapat memotong material ketebalan 5 mm dengan sempurna, hal ini disebabkan kecepatan yang terlalu tinggi dalam proses pemotongan sehingga spesimen tidak terpotong dengan baik.
Gambar 7. PMMA ketebalan 2 mm
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 222 Gambar 8. PMMA ketebalan 5 mm
Pengukuran dimensi dengan menggunakan digital caliper terlihat pada Tabel 3 dan Tabel 4, dimana untuk hasil pengukuran dimensi pada sumbu X berkisar antara 49.60 – 50.01 mm. Sedangkan untuk pengukuran dimensi pada sumbu Y berkisar antara 49.68 – 49.94 mm. Performa pemotongan terbaik untuk material dengan ketebalan 2 mm adalah pada pemotongan dengan kecepatan 0.25% dan untuk material dengan ketebalan 5 mm performa pemotongan terbaik pada kecepatan potong 0.35%. Sedangkan performa pemotongan terendah pada material dengan ketebalan 2 mm adalah pada kecepatan potong 0.35% dan untuk ketabalan 5 mm pada kecepatan potong 0.2%. Hal ini dipengaruhi oleh kestabilan putaran motor dalam menggerakkan laser head baik pada sumbu X maupun pada sumbu Y.
Tabel 3. Dimensi benda uji ketebalan 2 mm Spesimen Sumbu X (mm) Sumbu Y (mm)
1 2 3 4 5 6
49.80 49.88 49.80 49.78 50.10 49.96
49.78 49.88 49.86 49.78 49.82 49.78
Tabel 4. Dimensi benda uji ketebalan 5 mm Spesimen Sumbu X (mm) Sumbu Y (mm)
1 2 3 4
49.78 49.60 49.64 49.88
49.68 49.94 49.86 49.82
Pengujian kekasaran permukaan yang dilakukan pada material dengan ketebalan 2 dan 5 mm dilakukan dengan metode mengukur nilai kekasaran pada sumbu X dan sumbu Y. Hasil yang didapat dari pengujian kekasaran terdapat pada Gambar 9. Hasil tersebut menunjukkan bahwa dengan peningkatan kecepatan potong akan menyebabkan meningkatnya nilai Ra yang dihasilkan, baik untuk material dengan ketebalan 2 mm dan 5 mm. Kenaikan nilai kekasaran permukaan pada material dengan ketebalan 2 mm lebih besar dibandingkan material dengan ketebalan 5 mm. Fenomena ini disebabkan karena untuk material dengan ketebalan 2 mm tidak memerlukan daya laser sebesar untuk pemotongan material dengan ketebalan 5 mm sehingga pada material 2 mm lebih mudah terpotong. selain itu pada waktu pengujian nilai kekasaran, pada material 2 mm hanya memiliki space pengujian yang terbatas.
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 223 Gambar 9. Grafik Ra terhadap kecepatan potong
Kesimpulan
Pada penelitian yang telah dilakukan, didapatkan parameter kecepatan potong optimum untuk pemotongan material PMMA dengan ketebalan 2 mm adalah pada kecepatan potong 0.25% dan pada material PMMA dengan ketebalan 5 mm adalah pada kecepatan potong 0.35% dan tidak disarankan melakukan pemotongan material PMMA dengan ketebalan 5 mm diatas kecepatan optimum tersebut.
Sedangkan untuk nilai kekasaran permukaan material yang terkecil didapatkan dengan menggunakan kecepatan potong yang terendah, baik untuk material PMMA dengan ketebalan 2 mm atau 5 mm sebab akan menghasilkan permukaan yang lebih halus.
Daftar Pustaka
1. Dubey, A., K., Yadava, V., 2008, Laser Beam Machining, International Journal of Machine Tools &
Manufacture 48 : 609-628.
2. Herwandi, 2011, Analisis Proses Pemotongan dan Sintering Pada Bahan Polymer Menggunakan Laser Diode Daya Rendah, Thesis FT UI.
3. Ismail, KGS., M, 2012, Analisis Fabrikasi perangkat Mikrofluidik Pada Material Acrylic Menggunakan Laser CO2 Daya Rendah. FT UI.
4. Samarya, Y., T., Sulianti, M., M., Parangin-angin, B., Situmorang, M., Aplikasi Laser CO2
Untuk Pemotongan (Cutting) Material Menggunakan Mesin CNC (Control Numeric Computer).
JSF Vol. 1 No. 1/2013.
