Upload
others
View
14
Download
12
Embed Size (px)
Citation preview
28
BAB III
METODOLOGI PERANCANGAN DAN PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Perancangan Plotter Batik Tulis Berbasis CNC
Secara garis besar proses plotter batik tulis berbasis CNC dibagi menjadi
tiga tahapan, yaitu :
1. Perancangan desain,
2. Perancangan, pembuatan dan pemrograman mikrokontroler,
3. Pembuatan produk
Dimulai dari tahap perancangan desain yakni perumusan ide atau gagasan
serta pengumpulan data-data yang diperlukan untuk desain dan konsep. Setelah
itu berlanjut pada tahap perancangan, pembuatan, dan pemrograman
mikrokontroler untuk menunjang plotter yang telah didesain sebelumnya.
Tahap terakhir adalah pembuatan produk. Ketiga kegiatan tersebut dilakukan
oleh dua orang atau dua kelompok dengan keahlian masing-masing, yaitu tim
perancangan plotter dan tim pemrograman mikrokontroler.
30
3.2 Perencanaan dan Penjelasan Plotter Batik Tulis
Mesin plotter batik tulis berfungsi untuk membuat corak atau pola pada kain
batik menggunakan canting yang telah terpasang pada bagian plotter. Canting
batik akan digerakkan oleh motor stepper yang terhubung dengan eretan.
Gerakan-gerakan yang dibuat oleh stepper bersumber dari sistem yang telah
diatur oleh mikrokontroler. Mikrokontroler tersebut sudah di-setting untuk
mengidentifikasi gambar batik yang dibuat dari komputer, sehingga plotter
dapat membatik secara otomatis. Posisi plotter dikondisikan agar selalu kembali
ketitik awal setelah proses membatik selesai agar tidak terjadi pergeseran garis
yang kemudian akan mempengaruhi hasil dari membatik itu sendiri.
Pada fase ini dikuumpulkan seluruh informasi tentang semua persyaratan
atau requirement yang harus dipenuhi serta kendala-kendala yang dihadapi
plotter batik. Hasil fase ini adalah spesifikasi produk yang dimuat dalam suatu
daftar spesifikasi teknis. Spesifikasi teknis terdiri dari 2 prioritas yakni,
kebutuhan (Demand) dan keinginan (Wishes). Spesifikasi teknis bisa dilihat
pada tabel 3.1 dibawah ini :
31
Persyaratan Demand
(D)
Wishes
(W) Hasil Identifikasi
Energi √ Dapat bekerja dalam jangka waktu lama
√ Daya listrik rendah
Perawatan
√ Mudah dalam perawatan
√ Kemudahan memperoleh part
√ Part tahan lama
Manufaktur
√ Biaya produksi mesin terjangkau
√ Mudah dibuat
√ Mudah dirakit
√ Mudah di bongkar pasang
Ergonomis
√ Ukuran cukup menampung lebar kain 0.5 meter √ Alat mudah di pindahkan
√ Mudah dalam pengoperasinya
Ekonomi
√ Kualitas produk yang sama dengan batik tulis
√ Dapat bekerja dalam skala industry
√ Biaya produksi lebih rendah dari batik tulis
keamanan √ Saat terjadi eror, mesin dapat dimatikan secara cepat
√ Aman untuk lingkungan sekitar Tabel 3.1 Spesifikasi Teknis
Sesuai dengan data spesifikasi teknis diatas, prinsip kerja dari mesin plotter
batik ini harus digunakan, dalam artian semua orang yang belum pernah terlatih
membatik bisa mengoprasikan mesin ini. Maka dari itu proses membatik
menggunakan mesin plotter batik bisa di lihat prosesnya seperti pada diagram
3.2 dibawah ini :
Gambar 3.2 Prinsip Proses Kerja Plotter Batik
Dalam perancangan dan pembuatan plotter batik tulis dapat pula dibuat
diagram alir perencanaan sebagai berikut :
32
Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Plotter Batik Tulis
Keterangan :
Bagian A : Dikerjakan oleh tim lain
Bagian B : Dibahas pada skripsi ini
33
3.3 Perencanaan Konsep Plotter Batik Tulis
Desain yang direncanakan bisa dilihat pada gambar 3.4 seperti dibawah ini:
Gambar 3.4 Desain Mesin Batik
Desain dari rangkaian elektronik pada plotter batik tulis merupakan
masalah pokok dalam skripsi ini. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada masalah
tersebut adalah :
Motor stepper dan eretan dapat bergerak sesuai dengan pola yang dibuat
pada komputer. Untuk itu perlu dilakukan perhitungan torsi total yang
diperlukan lead screw pada sumbu X, Y, dan Z. Torsi diperlukan untuk
menentukan tipe stepper yang sesuai.
1. Torsi eretan atas
Desain eretan atas yang akan di desain seperti pada gambar 3.4
dibawah ini :
34
Gambar 3.5 Desain Eretan Atas
Keterangan :
1. Bagian A
2. Bagian B
3. Bagian C
4. Bagian D
5. Motor stepper
6. Coupling
7. Leadscrew
8. Holder Canting
9. Spacer
10. Linear bearing
11. Canting elektrik
Untuk mendapatkan ukuran yang sesuai dengan keperluan mesin,
maka perhitungan bisa dibagi menjadi 2 bagian, yakni :
a. Lead screw dan daya motor
Lead screw yang akan dipakai adalah lead screw T8, dengan
spesifikasi sebagai berikut :
Diameter (d) = 8 mm
Picth (p) = 2 mm
35
konstanta gesek (tan Φ) = 0,15
beban canting + malam = 1 kg
Mencari nilai tan
d
p
.tan
814.3
2tan
x
tan 0.079545
Mencari gaya pengangkat beban
)tan(. WF
F
tan.tan1
tantanW
F
15,00.0795451
15,00.0795451
xx
F = 0.232317 kg
Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan
2
.d
FT
2
8 0.232317 x
kg.mm 0.92927
2. Torsi eretan samping
Desain eretan samping yang akan di desain seperti pada gambar 3.5
dibawah ini :
36
Gambar 3.6 : (a) Desain Eretan Samping ; (b) Desain Transmisi Eretan Samping
Keterangan :
1. Motor stepper
2. Poros penahan
3. Papan badan eretan atas
4. Leadscrew
5. Papan base eretan samping
6. Roll pengikat kain
7. Bracket holder
8. Plat penahan
9. Linear bearing
10. Brass nut
11. Pengunci brass nut
- Lead screw dan daya motor
Lead screw yang dipakai adalah T10 dengan picth 2mm.
Diameter (d) = 10 mm
Picth (p) = 2 mm
konstanta gesek (tan Φ) = 0,15
37
Mencari nilai tan α
d
p
.tan
1014.3
2tan
x
tan 0.063636
Beban total eretan atas setelah diperhitungan sebelumnya adalah 2
kg
Mencari daya pengangkat beban
)tan(. WP
tan.tan1
tantanW
15,00.0636361
15,00.0636362
xx
= 0.431391 kg
Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan
2.d
PT
2
10 0.431391 x
kg.mm 2.156953
3. Torsi eretan bawah
Desain eretan bawah yang akan di desain seperti pada gambar 4.6
dibawah ini :
38
Gambar 3.7 : (a) Desain Eretan Bawah ; (b) Desain Transmisi Eretan Bawah
Keterangan :
1. Eretan bawah Bagian A
2. Eretan bawah Bagian B
3. Eretan bawah Bagian C
4. Papan badan eretan bawah
5. Motor stepper
6. Leadscrew
7. Bracket holder
8. Linear bearing
9. Pengikat brass nut
10. Brass nut
39
- Lead screw dan motor
Lead screw yang akan dipakai adalah lead screw T10,
Diameter (d) = 10 mm
Picth (p) = 2 mm
konstanta gesek (tan Φ) = 0,15
Mencari nilai tan
d
p
.tan
1014.3
2tan
x
tan 0.063636
Beban total setelah dihitung : 8 kg
Mencari daya pengangkat beban
)tan(. WP
tan.tan1
tantanW
15,00.0636361
15,00.0636368
xx
= 1.725562
Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan
2
.d
PT
2
8 1.725562 x
kg.mm 8.627811
40
Dengan mempertimbangkan torsi total, maka stepper yang
cocok untuk tugas ini adalah NEMA17 HS4401 dengan spesifikasi
sebagai berikut :
Gambar 3.8 Datasheet NEMA17 HS4401
(Sumber : https://www.kisspng.com/png-nema-17-stepper-motor-motor-controller-electric-mo-
1837727/preview.html)
Desain rangkaian elektronik dan instalasi kelistrikan yang aman dan
tidak menyebabkan hubungan arus singkat.
Pengaturan canting batik bergerak ke posisi awal setelah selesai
pembuatan pola agar terhindar dari kesalahan pembuatan pola.
41
3.4 Perancangan Bentuk
Tugas utama rangkaian elektronik ialah mengolah data gambar menjadi
bentuk koordinat (G-code) yang akan digunakan sebagai acuan untuk
menggerakkan stepper motor, eretan, dan canting batik. Perancangan sistem
kerja rangkaian elektronik yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.9 Sistem Kerja Rangkaian Elektronik
Untuk memenuhi spesifikasi yang diperlukan plotter batik tulis, adapun
komponen-komponen elektronik yang digunakan adalah sebagai berikut :
Chip mikrokontroler Arduino UNO R3
Motor stepper NEMA 17 HS4401
Driver motor stepper A4988
CNC Shield V3
Power supply 12V/5A
Canting elektrik
42
3.5 Perancangan Detail
Skematik rangkaian elektronik dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.10 Skematik Rangkaian Elektronik
Dari skema di atas, telah ditentukan perangkat elektronik yang akan
digunakan adalah dengan spesifikasi hardware sebagai berikut :
Powersupply 12 volt, untuk men-supply daya
Mikrokontroler Arduino UNO R3
Tiga buah stepper motor NEMA 17 HS4401 0.4NM yang disusun secara
parallel
Tiga buah driver stepper motor A4988 dan CNC Shield V3 untuk
mengontrol motor stepper
Canting elektrik untuk membuatan pola batik
Komputer Mikrokontroler +
CNC Shield
Motor
stepper Driver Stepper
Canting Elektrik
Power Supply
43
3.5.1 Cara Kerja Rangkaian Elektronik
Mikrokontroler akan mengolah input berupa data G-code yang
diubah dari desain gambar pada komputer. Mikrokontroler akan
memakai informasi tersebut untuk menggerakkan motor stepper.
Sebelum stepper dapat dikontrol secara optimal, diperlukan
pemrograman driver pada mikrokontroler. Pemrograman
menggunakan Bahasa C yang sudah disediakan oleh situs resmi
mikrokontroler Arduino maupun dari forum-forum di internet. Akan
tetapi program CNC akan otomatis diintegrasi ke mikrokontroler oleh
CNC Shield.
Gambar 3.11 CNC Coding Arduino
44
Hal ini dilakukan agar stepper yang nantinya akan menggerakkan
eretan, dapat bekerja sesuai dengan layout desain yang telah dibuat.
Eretan akan menggerakkan canting elektrik untuk melakukan
pembatikan sesuai dengan pola gambar yang dibuat pada komputer
sebelumnya.
3.5.2 Input dan Output
Input dan output pada plotter batik ini, bisa kita lihat pada diagram
blok fungsi dan diagram sub fungsi plotter batik di bawah ini :
Gambar 3.12 Blok Fungsi Plotter Batik Tulis
Gambar 3.13 Diagram sub fungsi plotter batik tulis
45
Input atau masukan dari plotter batik tulis ini ada dua. Yang pertama
adalah tenaga listrik yang digunakan sebagai sumber daya utama
rangkaian elektronik plotter batik tulis. Yang kedua, sebuah data yang
harus diproses oleh mikrokontroler yakni data berupa G-code. Data ini
didapat dari hasil konversi dari gambar dua dimensi yang dibuat pada
komputer menjadi data berbentuk koordinat.
Output yang dihasilkan pada plotter batik ini adalah gerakan
mekanik berupa goresan-goresan pada kain batik yang berbentuk pola
sesuai dengan desain pada komputer. Goresan pola ini dibuat oleh
canting elektrik yang mengeluarkan malam batik.