POLITEKNOLOGI VOL. 19 NO. 2 MEI 2020

169

Submitted: 28 Februari 2020 Revised: 3 Juni 2020 Published: 6 November 2020

PROTOTIPE MESIN CNC DIODE LASER CUTTING

5500 MILIWATT UNTUK PEMBUATAN

PRODUK KREATIF BAHAN AKRILIK

Suharto1✉, Putu Fahlevi R D2, Ariawan Wahyu Pratomo3 , Paryono4

Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang,

Jl.Prof Sudarto,SH Tembalang 50272 Semarang.

✉ E-mail:pakharto58@gmail.com

Abstract

Advances in manufacturing technology in the creative industries began to leave the dominance of the

role of humans into automated systems to produce high-quality products. CNC laser machine is a

computer-programmed machine used to make a product by cutting, scraping, and engraving. In general,

people think that CNC machines are expensive goods. The purpose of this study was to design a

prototype diode type CNC laser machine for the manufacture of creative acrylic material products. The

research method uses the stages of designing, manufacturing, and testing the performance of a diode

type CNC laser machine. The CNC laser machine is designed as cheaply as possible by minimizing self-

made components and using standard components such as machine frames using aluminum extrusion,

laser using a 5500 mWatt laser diode type, stepper motor as an X, Y, and Z axis. Control software is

used by USB CNC controller . CAD software is used by Aspire Vectric and CAM software is used GRBL

with Adruino Nano microprocessors. The results of a Diode Laser CNC machine prototype with

dimensions of 450×400×300 (mm); work area dimensions 300×200×35; engine weight 5 (kg). The ability

to cut a diode Laser of 5.5 watt CNC machine on black acrylic 3 (mm) with an average time of 0.5 mm/s

is the best result. Diode Laser CNC Machine engraving capability of clear acrylic material with dark

color paper cover machining time 10 (mm / s).

Keywords: CNC machines, laser diode, acrylic, creative industries

Abstrak

Kemajuan teknologi manufaktur di industri kreatif mulai meninggalkan dominasi peran manusia ke

sistem otomatis untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi. Mesin CNC laser merupakan mesin yang

diprogram komputer digunakan untuk membuat suatu produk dengan cara memotong, menggores, dan

mengukir. Secara umum orang berpendapat mesin CNC merupakan barang mahal. Tujuan penelitian

ini untuk rancang bangun prototipe mesin CNC laser tipe diode untuk pembuatan produk kreatif bahan

akrilik. Metode penelitian menggunakan tahapan merancang, membuat, dan menguji kinerja mesin

CNC laser tipe diode. Mesin CNC laser dirancang semurah mungkin dengan meminimalisir komponen

yang dibuat sendiri dan menggunakan komponen standar seperti rangka mesin menggunakan bahan

aluminum extrusion, laser menggunakan jenis diode laser 5500 mWatt, motor stepper sebagai penggerak

sumbu X, Y, dan Z. Software kontrol digunakan USB CNC controller. Software CAD digunakan Aspire

Vectric dan software CAM digunakan GRBL dengan microprosesor Adruino Nano. Hasil penelitian

sebuah prototipe mesin CNC diode Laser dengan dimensi 450×400×00 (mm); dimensi work area

300×200×35; bobot mesin 5 (kg). Kemampuan potong mesin CNC Laser tipe diode 5,5 watt pada akrilik

hitam 3 (mm) dengan waktu rata-rata 0,5 mm/s hasil terbaiknya. Kemampuan mengukir mesin CNC

laser bahan akrilik bening dengan penutup kertas warna gelap waktu pemesinan 10 (mm/s)

Kata kunci: mesin CNC, diode laser, akrilik, industri kreatif

Pendahuluan

Kemajuan teknologi manufaktur di

Industri kreatif saat ini semakin pesat

ditandai dengan sistem manual dimana

peran manusia sangat dominan berubah

menjadi sistem otomatis peran manusia

semakin kecil. Industri kreatif adalah

industri yang berasal dari pemanfaatan

keterampilan, kreatifitas, dan bakat

individu dalam menciptakan

Suharto Suharto dkk, Prototipe Mesin CNC...

170

kesejahteraan dan lapangan pekerjaan.

(Departemen Perdagangan RI :2009).

Gambar 1. Grafir Sistem Manual

Mesin CNC adalah mesin yang

dikendalikan data-data numerik dan

kode-kode dengan perangkat komputer

(Computer Numerically Controlled)

untuk mengendalikan arah gerakan

komponen pemotongnya. Macam-macam

mesin CNC antara lain:

1. Mesin CNC milling

2. Mesin CNC bubut

3. Mesin CNC laser

4. Mesin CNC plasma

5. Mesin CNC water jet

6. Mesin CNC foam cutting

7. Mesin CNC router

8. Dan lain-lain

(sumber: Hari Kristianto, 2019)

Teknologi pemotongan menggunakan

mesin CNC laser cutting merupakan

salah satu proses yang cukup terkenal

dalam dunia industri kreatif. Selain laser

cutting untuk material logam, aplikasi

laser cutting untuk material non logam

dan polimer. Material polimer terdiri dari

bahan-bahan Polyethylene (PE),

polycarbonate (PC),

polymethylmethacrylate (PMMA) atau

dikenal dengannama acrylic,

polyvinylchloride (PVC) dan thermoset

plastics. Pemotongan laser bekerja

dengan mengarahkan output dari sinar

laser daya tinggi melalui optic terfokus

diarahkan pada material, yang kemudian

akan melelehkan material. CNC Laser

saat ini terdapat 3 produk yaitu : Laser

Diode, Laser CO2 dan Laser YAG. (Joan,

1991)

Dengan kompleksitas bentuk benda yang

sulit dikerjakan dengan sistem manual,

tentunya mesin CNC laser cutting ini

merupakan alternatif untuk menghasilkan

benda kerja dengan lebih cepat, lebihi

halus dan lebih presisi.

CNC (Computer Numerical Control)

merupakan peralatan pendukung untuk

mengontrol proses manufaktur berbasis

komputer. Melalui komputer dapat

melakukan proses manufaktur secara

otomatis untuk menghasilkan produk

dengan kualitas baik yang dibutuhkan

industri modern. Mesin CNC laser cutting

merupakan mesin yang diprogram

komputer digunakan untuk membuat

suatu produk dengan cara memotong,

menggores, atau mengukir.

Penelitian sebelumnya Nanang, dkk

(2018) Rancang bangun prototype mesin

gravir laser berbasis mikro-kontroller

Arduino dan Suharto,dkk (2019)

Rancang bangun prototype mesin laser

cutting menemukan keunggulan aplikasi

laser processing dapat berupa laser

engraving, laser marking dan laser

cutting dibandingkan sistem manual ada

pada tingkat ketepatan, kecepatan,

ketelitian, dan hasil lebih variatif.

Tujuan penelitian ini untuk merancang,

membuat, dan menguji kinerja Prototipe

Mesin CNC Laser Cutting tipe Diode

bersifat portable dengan harga yang lebih

terjangkau untuk pembuatan produk

bahan akrilik yang dibutuhkan industri

kreatif di Indonesia.

POLITEKNOLOGI VOL. 19 NO. 2 MEI 2020

171

Metode Penelitian

Metode penelitian menggunakan 5 (lima)

tahap sebagai berikut seperti dijelaskan

pada Gambar 2:

1. Rumusan masalah tentang kebutuhan

mesin CNC laser untuk industri kreatif

2. Studi literatur dan observasi lapangan

3. Tahap perancangan yang

menghasilkan gambar kerja.

4. Tahap pembuatan dan perakitan

5. Tahap pengujian kinerja mesin

meliputi penyimpangan gerak sumbu

X dan Y, kecepatan rata-rata

pemesinan, dan pembuatan produk

kreatif.

Gambar 3. Desain Prototype Mesin Laser

Alat dan bahan yang dibutuhkan berupa

hardware: (1) Motor Stepper, (2) Flexible

coupling, (3) Bed, (4) Lead Screw, (5)

Frame, (6) Mounting Laser. Selain itu

diperlukan Laser tipe Diode 5500 Watt,

driver motor stepper A4988, Board

Adruino Nano, Adaptor 12 V-6A dan

bahan akrilik untuk ujicoba. Aluminium

extrusion untuk bahan rangka mesin.

Kebutuhan software CAD: vetric aspire,

solidworks, CorelDraw, Adobe

illustrator. Software CAM GRBL untuk

menjalankan mesin CNC Laser dengan

mikroprosesor adruino nano. (sumber

https://github .com/grbl/grbl/wiki)

Kelebihan Mesin CNC Laser Cutting

1. Mesin Laser Cutting diode 5500

mWatt ini memiliki keunggulan

kualitas engraving teliti dengan energy

yang kecil.

2. Mampu membuat bentuk rumit dengan

minimalisir pekerjaan finishing.

3. Menandai dan memotong seluruh pola

sesuai dengan hasil rancangan dengan

waktu yang relative lebih cepat.

Kekurangan Mesin CNC Laser Cutting

1. Mesin Laser Cutting mengkonsumsi

daya yang cukup tinggi dengan

efisiensi rendah.

2. Membutuhkan software CAD dan

CAM untuk mengoperasikannya.

3. Sinar radiasi yang dihasilkan juga

mengandung sinar ultraviolet yang

bahaya untuk operator. Sehingga

operator harus menggunakan

kacamata ultraviolet. (sumber: www.

jurnalmesinlasercutting.wordpress.co

m/kelebihan-kekurangan)

Pemanfaatan Mesin CNC Laser di

Industri kreatif banyak digunakan untuk

pembuatan produk cindera mata dengan

disain-disain bervariasi sesuai input

programnya. Gambar 4 Menunjukkan

gambaran pemanfaatan mesin CNC laser

Diuntuk pembuatan produk kreatif bahan

akrilik, terlampir)

Hasil dan Pembahasan

Tahap perancangan Mesin CNC laser

Cutting tipe 5500 mWatt ini

menggunakan komponen utama yaitu

aktuator sumbu berupa dua motor

stepper, driver motor, modul laser 5500

mWatt. Gambar 10. menunjukkan mesin

CNC laser Cutting tipe Diode 5500

mWatt untuk pengerjaan bahan akrilik

dengan dimensi working area

300×200×3 (mm). Dimensi mesin

450×400×300 (mm)

Suharto Suharto dkk, Prototipe Mesin CNC...

172

Gambar 5. Mesin Laser Diode 5500mW

Mekanisme sumbu X

Mekanisme sumbu X merupakan bagian

yang bergerak berdasarkan sumbu X

yaitu bergerak horizontal ke kanan dan

ke kiri. Sistem pergerakan linier dalam

sumbu ini menggunakan lead screw

diameter 8 (mm) panjang 360 (mm).

Gambar 6. Mekanisme Sumbu X

Mekanisme sumbu Y

Mekanisme sumbu Y merupakan

bagian yang bergerak berdasarkan

sumbu Y yaitu bergerak horizontal ke

kanan dan ke kiri. Mekanisme Y ini

merupakan tempat penampang benda

kerja. Penampang ini memiliki ukuran

workspace 180 mm×300 mm.

Gambar 7. Mekanisme Sumbu Y

Mekanisme sumbu Z

Mekanisme sumbu Z merupakan

bagian yang bergerak berdasarkan

sumbu Z yaitu arah vertical naik dan

turun. Sistem sumbu Z seperti pada

gambar 7 merupakan bagian yang

bergerak menyatu dengan slider yaitu

bergerak ke arah atas dan bawah

dengan jarak 150 (mm).

Gambar 8. Mekanisme Sumbu Z

Untuk memperoleh jarak 1 mm maka

step per millimeter yang dihasilkan

pada motor stepper adalah :

𝐉𝐮𝐦𝐥𝐚𝐡𝐬𝐭𝐞𝐩

𝐦𝐦

=𝟏

𝐣𝐚𝐫𝐚𝐤 𝐚𝐧𝐭𝐚𝐫𝐚 𝐚𝐥𝐮𝐫 𝐱 𝐣𝐮𝐦𝐥𝐚𝐡 𝐬𝐭𝐞𝐩 𝐬𝐚𝐭𝐮 𝐥𝐢𝐧𝐠𝐤. 𝐩𝐞𝐧𝐮𝐡

= 𝟏

𝟐 𝐱 𝟐𝟎𝟎 = 𝟏𝟎𝟎

𝐬𝐭𝐞𝐩

𝐦𝐦

Pengujian gerakan X-Y

Pengujian gerakan sumbu X-Y mesin

CNC laser ini dilakukan untuk

mengetahui karakteristik pada setiap

metode dalam menggerakan motor

stepper dan pengaruh daya laser

terhadap hasil benda yang telah

dipotong. Mesin CNC Laser tipe

Diode 5500 mW ini dilakukan

pengujian gerakan arah sumbu X-Y

untuk dibandingkan penyimpangan

yang diizinkan sesuai standar ASTM.

POLITEKNOLOGI VOL. 19 NO. 2 MEI 2020

173

a. Pengujian pada sumbu-X

Gambar 9. Pengujian Sumbu X

Setelah dilakukan pengujian

penyimpangan arah sumbu-X,

hasilnya ditunjukkan pada tabel 1

Tabel 1. Hasil Pengujian Sumbu-X

Ujicoba Feed Rate

(mm/menit)

Deviation

(mm)

1 25 0.015

2 75 0.018

3 125 0.017

4 175 0.019

5 225 0.02

Dari data pengujian sumbu X dapat

diketahui rata-rata penyimpangan adalah

0,0178 mm. Menurut standart ASTM

1078 yang dikembangkan Schelsinger

toleransi yang diizinkan sebesar 0,02

mm. Maka dapat disimpulkan bahwa

misalignment yang ada pada sumbu x

mesin CNC laser masih dibatas yang

diizinkan.

b. Pengujian arah sumbu- Y

Gambar 10. Pengujian Sumbu Y

Tabel 2. Hasil Pengujian Sumbu Y

Ujicoba Feed Rate

(mm/menit)

Deviation (mm)

1 25 0.016

2 75 0.015

3 125 0.017

4 175 0.016

5 225 0.017

Dari data pengujian sumbu Y dapat

diketahui rata-rata penyimpangan adalah

0,0162 mm. Menurut standart ASTM

1078 yang dikembangkan Schelsinger

toleransi yang diizinkan sebesar 0,02

mm. Maka dapat disimpulkan bahwa mis-

alignment yang ada pada sumbu Y mesin

CNC laser masih pada batas yang

diizinkan.

Pengujian terhadap kecepatan rata-rata

engraving dan cutting pada prototipe

mesin laser cutting diode 5500 mW

adalah sebagai berikut:

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

25 75 125 175 225

Var

iabel

Nil

ai (

mm

)

Feed Rate (mm/menit)

Pengukuran Arah Sumbu X

De…

0,014

0,015

0,016

0,017

0,018

25 75 125 175 225Var

iabel

Nil

ai (

mm

)

Feed Rate (mm/menit)

Pengukuran Arah Sumbu Y

Devi…

Suharto Suharto dkk, Prototipe Mesin CNC...

174

Kecepatan rata-rata engraving sebesar:

80 mm/8 s = 10 mm/s atau 600 mm/mnt.

Kecepatan rata-rata cutting sebesar:

80 mm/160 s = 0,5 mm/s = 30 mm/mnt.

Tabel 3 menunjukkan hasil pengujian

engraving dan cutting pada bahan akrilik

jenis hitam tebal 3 (mm).

Tabel 3. Pengujian Waktu Pemesinan

Percobaan ke Engraving

(s) Cutting

(s)

1 8 160

2 8 160

3 8 160

4 8 160

5 8 160

6 8 160

7 8 160

8 8 160

9 8 160

10 8 160

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan

sebagai berikut :

a. Tahap perancangan menghasilkan

gambar kerja dan detail mesin CNC

Laser cutting type diode 5500 mW.

b. Tahap pembuatan menghasilkan

mesin mesin Laser CNC dengan

spesifikasi : Dimensi mesin = 450 x

400 x 300 (mm); Dimensi work area =

300 x 200 x 35 (mm); Bobot mesin =

5 (kg).

c. Tahap pengujian:

- Penyimpangan pada sumbu X rata-

rata 0.0178 (mm) dan sumbu Y

rata-rata 0,0162 mm masih

dibawah standar ASTM 1078 yaitu

0.02 mm.

- Kecepatan rata-rata engraving 600

mm/mnt dan cutting 30 mm/mnt

untuk bahan akrilik hitam tebal

3mm.

- Dapat digunakan untuk pembuatan

produk cutting dan engraving

seperti ditunjukkan pada lampiran.

Ucapan Terima Kasih

Kepada yang terhormat Direktur

Politeknik Negeri Semarang (Polines),

Kepala P3M Polines, Tim Dosen Polines,

Tim mahasiswa atas dukungan tenaga,

pikiran, pendanaan untuk Pelaksanaan

Penelilitian Unggulan Prodi (PNBP) No.:

0300/PL4.7.2/SK/2019

Daftar Pustaka

[1] Budynas, Richard G dan J, Keith

Nisbett, 2011. Shigley’s

Mechanical Enggineering Design

Ninth Edition : The McGraw-Hill

Companies.

[2] Cahyono, Endi. 2017. Rancang

Bangun Meja Mesin Plasma

Cutting Dengan Gerak 3 Axis X, Y,

Z Menggunakan Motor Stepper

Berbasis Adruino ; Institut

Teknologi Sepuluh November

Surabaya.

[3] Khurmi, R.S dan J.K Gupta. 2005.

A Text Book Of Machine Design :

Eurasia Publising House. New

Delhi.

[4] Nanang Ali Sutisna, Harist

Fauzi.2018. Rancang Bangun

Prototipe Mesin Gravir Laser

Berbasis Mikro-kontroler Arduino,

jurnal of Industrial Engineering,

Scientific Journal on Research and

Application of Industrial System,

Vol. 3, No. 2, September 2018: 90-

104.

[5] Prakasa, Guntur Nanda. Prototipe

Kunci Pintu Menggunakan Motor

Stepper Berbasis Arduino Mega

2560 Dengan Perintah Suara Pada

Android, Skripsi, Universitas

Bandar Lampung.

POLITEKNOLOGI VOL. 19 NO. 2 MEI 2020

175

[6] Suharto, Putu Fahlevi RD, Ariawan

W Pratomo, Paryono. 2019.

Rancang Bangun Prototipe Mesin

CNC Laser Cutting untuk

Pembuatan Produk Kreatif Bahan

Akrilik. Prosiding Sentrinov 5,

Polman Bangka Belitung.

[7] Gugun Gundara, Slamet Riyadi.

2017. Pengukuran Ketelitian

Komponen Mesin Bubut Dengan

Standart ISO 1708. Al Jazari of

Mechanical Engineering 2.

Universitas Muhammadiyah

Tasikmalaya.

[8] Ijx, 2019. Bachin Draw.

http://www.bachinmaker.com/

wiki/doku.php?id=bachin draw.

(diunduh pada 18 April 2019)

[9] Padgadget, 2018. GRBL Laser Mode.

https://github.com/gnea/grbl/wiki/Gr

bl-v1.1-Laser-Mode. (diunduh pada

18 April 2019)

[10] Srleffler, 2019. Laser. https://

en.wiki

pedia.org/wiki/Laser_cutting#cite_r

ef-1. (diunduh pada 17 April 2019)

Suharto Suharto dkk, Prototipe Mesin CNC...

176

Gambar 2. Tahapan Rancang Bangun

Gambar 4. Tahapan Pembuatan Produk Kreatif

POLITEKNOLOGI VOL. 19 NO. 2 MEI 2020

177

Tabel 4. Parameter Pemesinan Bahan Akrilik

CNC Laser Diode 5500 mW

Waktu

(mnt)

Parameter pemesinan Hasil

Kecepatan gerak

(mm/mnt)

Daya Laser

(maks)

Jarak laser

head

(mm)

5 30 5500

(100%)

100

12 30 5500

(100%)

100

10 30 5500

(100%)

100

40 30 (cutting)

600 (engraving)

5500

(100%)

100

15 30 (cutting)

600 (engraving)

5500

(100%)

100 Hasil yang baik

30 300 (engraving)

Bahan kayu triplek.

5500

(100%)

100

Suharto Suharto dkk, Prototipe Mesin CNC...

178