PENGONTROLAN MESIN LASER CNC UNTUK PAINT
STRIPPING
SKRIPSI
DESI PERMATA SARI
110801010
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
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
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
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
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 skripsi ini.
5. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika sekaligus dosen penguji. Dan Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc,
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 Prolix you 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.
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).
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).
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
2.5.2. Sistem Incremental 13
2.6 Jenis Mesin 14
2.6.1 Mesin Bor Spindle Tunggal 14
2.6.2 Mesin Bubut 15
2.6.3 Mesin Milling 15
2.6.4 Mesin Putaran Pusat 15
2.7 Spektrum Elektromagnetik 16
2.8 Laser 17
2.8.1 Proses Terjadinya Laser 19
2.8.2 Komponen Laser 20
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
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
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
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Listing Program CNC Lampiran B Program CNC
Lampiran C Data Paint Stripping Lampiran D Tabel Energy Nd:YAG
