Fuse deposition modeling
-
Upload
sriyanto-arileksana -
Category
Documents
-
view
132 -
download
3
Transcript of Fuse deposition modeling
UNIVERSITAS INDONESIA
PENGEMBANGAN DESAIN DAN KONSTRUKSI MESIN
RAPID PROTOTYPING BERBASIS FDM (FUSED DEPOSITION
MODELING)
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
SRIYANTO
0606073612
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
DEPOK
JANUARI 2011
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, karena
atas rahmat dan bimbingan-Nya proses pengerjaan skripsi ini dapat selesai.
Pengerjaan skripsi yang dilaksanakan pada periode semester akhir masa
perkuliahan ini membahas mengenai “Pengembangan Desain dan Konstruksi
Mesin Rapid Prototyping Berbasis Fused Deposition Modelling(FDM)”, yang
secara umum berisi alur perancangan, pembuatan, dan pengujian mesin tersebut.
Laporan ini disusun sebagai bentuk dokumentasi dan hasil akhir dari
proses pengerjaan skripsi yang telah dilaksanakan tersebut. Laporan ini juga
diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah Skripsi dalam program
studi Teknik Mesin Universitas Indonesia.
Dalam melaksanakan proses pengerjaan skripsi dan penyusunan laporan
ini, penulis menyadari bahwa tidak akan dapat menyelesaikan semuanya dengan
baik dan mengatasi segala kesulitan dan hambatan tanpa bantuan dari banyak
pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terimakasih sebesar-besarnya kepada banyak pihak di antaranya:
1. Dr.Ir. Gandjar Kiswanto, M.Eng, selaku pembimbing yang telah
meluangkan waktu, tenaga dan pikirannya untuk mengarahkan dan
memberi bantuan yang sangat baik selama proses pelaksanaan skripsi ini.
2. Ayah dan Ibu serta keluarga yang selalu memberikan dukungan moril dan
materiil selama pelaksanaan penelitian ini.
3. Bpk. Martinus Herlinson yang telah banyak membantu dalam hal
pembuatan alat dan membantu memecahkan masalah yang dihadapi.
4. Tri Suci Lestari yang banyak mendukung dan memberi semangat dalam
pelaksanaan penelitian ini.
v
5. Sahabat satu tim saya Andry Sulaiman, Rendi Kurniawan, Hadi Maryadi,
dan Ahmad Saroni yang telah berjuang bersama dalam menyelesaikan
penelitian ini.
6. Teman-teman di Lab. Manufaktur, Teguh Santoso, Jediel, dan Hendra
yang sering memberikan masukan-masukan yang bermanfaat.
7. Seluruh teman, dosen dan karyawan DTM FTUI yang tidak dapat saya
sebutkan namanya satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih
terdapat banyak kekurangan. Oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan
kritik yang dapat membantu perkembangan pembahasan terkait topik laporan ini
maupun bagi penulis secara pribadi. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi
banyak pihak : penulis, teman-teman, dosen, dan lain-lain, juga bagi
perkembangan keilmuan Teknik Mesin.
Terima kasih.
Jakarta, Desember 2010
Sriyanto
(0606073612)
vi
vii
ABSTRAK
Nama : Sriyanto
Program Studi : Teknik Mesin
Judul : Pengembangan Desain dan Konstruksi Mesin Rapid Prototyping
Berbasis Fused Deposition Modeling (FDM)
Rapid prototyping merupakan salah satu teknologi manufaktur yang digunakan untuk
mempercepat proses pembuatan prototipe. Pembuatan prototipe sangat penting sekali
dalam proses manufaktur karena prototipe merupakan acuan awal dalam penentuan biaya
produksi. Teknologi rapid prototyping terus berkembang seiring semakin ketatnya
persaingan global. Hal inilah yang mendorong dilakukannya penelitian-penelitian untuk
mengembangkan mesin rapid prototyping agar biaya lebih efisien. Penelitian ini
bertujuan untuk mengembangkan desain dan konstruksi mesin RP FDM (Rapid
Prototyping berbasis Fused Deposition Modelling) agar diperoleh mesin RP FDM yang
murah dan berkualitas. Penelitian yang dilakukan meliputi proses perancangan konstruksi
mesin, penentuan sistem gerak, pembuatan sistem ekstruder, dan pembuatan sistem
kontrol. Proses-proses tersebut dilakukan secara bertahap dan berkala. Pada akhirnya,
penelitian ini menghasilkan mesin RP FDM yang mampu menghasilkan suatu produk
namun dengan biaya pembuatan yang relatif murah.
Kata kunci: rapid prototyping, prototipe
viii
ABSTRACT
Name : Sriyanto
Study Program : Mechanical Engineering
Title :Developing of Design and Contruction in Rapid Prototyping
Machine based on Fuse Deposition Modeling (FDM)
Rapid prototyping is one of manufacture technology used to speed up the process of
prototyping. Prototyping is very important in manufacturing process because the
prototyping is an initial benchmark in determining the cost of production. Rapid
prototyping technology continues to grow as the increasingly global competition. This is
what leads to the preliminary studies to develop a rapid prototyping machine for more
efficient cost. This study aims to develop design and construction machinery RP FDM
(Rapid Prototyping Fused Deposistion Modelling-based) in order to obtain RP FDM
machine is cheap and good quality. The research covers the design process of
construction machinery, the determination of the motion system, making extruder
systems, and manufacturing control systems. These processes are done in stages and
periodically. Ultimately, this research produces RP FDM machine capable of producing a
product, but with relatively low manufacturing costs.
Keywords : Rapid prototyping, prototype
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................................................... vi
ABSTRAK ...................................................................................................... vii
ABSTRACT .................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK ................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2 Tujuan Penelitian............................................................................... 3
1.3 Perumusan Masalah ........................................................................... 4
1.4 Pembatasan Masalah ......................................................................... 4
1.5 Metodologi Penelitian ....................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 7
BAB II SISTEM RAPID PROTOTYPING ................................................... 9
2.1 Pengertian Rapid Prototyping ............................................................ 9
2.2 Proses Rapid Prototyping .................................................................. 11
2.3 Jenis-jenis Rapid Prototyping ............................................................ 12
2.3.1 Stereolithography .................................................................. 12
2.3.2 Laminated Object Manufacturing........................................... 13
x
2.3.3 Selective Laser Sintering ........................................................ 13
2.3.4 Fused Deposition Modeling ................................................... 14
2.3.5 Solid Ground Curing.............................................................. 15
2.3.6 3D Ink-Jet Printing ................................................................ 16
2.4 Material Rapid Prototyping ............................................................... 16
BAB III PENGEMBANGAN DESAIN MESIN RP FDM ....................... 18
3.1 Alur Proses Perancangan ................................................................... 18
3.2 Konsep Desain .................................................................................. 19
3.3 Desain Mesin Rapid Prototyping FDM 1 ........................................... 19
3.4 Desain Mesin Rapid Prototyping FDM 2 ........................................... 21
3.5 Desain Mesin Rapid Prototyping FDM 3 ........................................... 23
3.6 Desain Mesin Rapid Prototyping FDM 4 ........................................... 24
3.7 Desain Ekstruder .............................................................................. 26
3.7.1 Desain Ekstruder 1 ................................................................. 26
3.7.2 Desain Ekstruder 2 ................................................................. 27
3.7.3 Desain Ekstruder 3 ................................................................. 29
3.8 Sistem Gerak .................................................................................... 31
3.8.1 Motor Stepper ........................................................................ 29
3.8.2 Ballscrew ............................................................................... 33
3.8.3 Pulley dan Belt ....................................................................... 34
3.8.4 Linear Guideway ................................................................... 35
3.9 Pengembangan Mesin RP FDM ......................................................... 36
3.10 Analisis Pembebanan Statik ............................................................... 39
3.10.1 Teori Prediksi Kegagalan ....................................................... 39
3.10.2 Penentuan Safety Factor ........................................................ 41
xi
3.10.3 Analisis dengan Perangkat lunak ............................................ 44
BAB IV PROSES MANUFAKTUR MESIN RAPID PROTOTYPING ....... 60
4.1 Alur Proses Manufaktur ..................................................................... 60
4.2 Pembuatan Gambar Kerja .................................................................. 61
4.3 Pemilihan Material dan Proses ........................................................... 61
4.4 Mesin dan alat yang digunakan .......................................................... 66
4.5 Proses pengerjaan .............................................................................. 67
BAB V PENGUJIAN DAN ANALISIS KEAKURATAN MESIN ............. 104
5.1 Tujuan Pengujian............................................................................... 104
5.2 Prosedur Penggunaan CMM .............................................................. 104
5.3 Pengukuran pada Komponen Sumbu Y.............................................. 110
5.4 Pengukuran pada Komponen Sumbu Z .............................................. 112
5.5 Pengukuran pada Komponen Sumbu X.............................................. 115
5.6 Pengukuran pada Komponen Batang Atas ......................................... 116
5.3 Pengukuran pada Komponen Batang Atas-bawah .............................. 118
BAB VI ANALISA PENGARUH PANAS TERHADAP KONSTRUKSI
6.1 Pengukuran Suhu Komponen ............................................................ 120
6.2 Perhitungan Besarnya Pemuaian ........................................................ 121
BAB VII PENELITIAN LEBIH LANJUT ................................................... 124
7.1 Kesimpulan ................................................................................ 124
7.2 Saran ................................................................................ 125
DAFTAR REFERENSI ............................................................................... 126
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Proses rapid prototyping ...................................................... 3
Gambar 2.1 : Proses rapid prototyping ...................................................... 10
Gambar 2.2 : Tahap rapid prototyping ...................................................... 11
Gambar 2.3 : Proses stereolithography ...................................................... 12
Gambar 2.4 : Proses Laminated Object Manufacturing.............................. 13
Gambar 2.5 : Proses selective laser sintering ............................................. 14
Gambar 2.6 : Proses fused deposition modelling ........................................ 15
Gambar 2.7 : Proses solid ground curing ................................................... 15
Gambar 2.8 : Proses 3-D Ink Jet Printing .................................................. 16
Gambar 3.1 :Alur Proses Perancangan ...................................................... 18
Gambar 3.2 :Desain mesin rapid prototyping FDM 1 ................................ 20
Gambar 3.3 :Desain mesin rapid prototyping FDM 2 ................................ 22
Gambar 3.4 :Cara kerja mesin RP FDM 2 ................................................. 22
Gambar 3.5 :Desain mesin RP FDM 3 ...................................................... 23
Gambar 3.6 :Desain mesin RP FDM 4...................................................... 24
Gambar 3.7 :Flowchart komponen mesin RP FDM 4 ............................... 25
Gambar 3.8 :Desain ekstruder 1 ............................................................... 26
Gambar 3.9 : Desain ekstruder 2 .............................................................. 28
Gambar 3.10 :Desain ekstruder 3 ............................................................... 30
Gambar 3.11 :Motor stepper 5 fase ............................................................ 31
Gambar 3.12 :Karakteristik motor stepper .................................................. 32
Gambar 3.13 : Ballscrew ............................................................................ 33
xiii
Gambar 3.14 : Pulley dan belt .................................................................... 34
Gambar 3.15 : Pulley driver dan pulley driven ........................................... 34
Gambar 3.16 : Linear guideway ................................................................. 35
Gambar 3.17 : Desain mesin RP FDM pertama .......................................... 36
Gambar 3.18 : Desain mesin RP FDM pengembangan ............................... 36
Gambar 3.19 : Desain meja, casing, dan panel ............................................ 38
Gambar 3.20 : Penentuan jenis material yang dipakai ................................. 44
Gambar 3.21 : Penentuan jenis fixture ........................................................ 45
Gambar 3.22 : Penentuan jenis beban yang diterima .................................... 45
Gambar 3.23 : Penentuan ukuran mesh ........................................................ 46
Gambar 3.24 : FBD meja akrilik ................................................................. 46
Gambar 3.25 : Meja akrilik yang diberi beban ............................................. 47
Gambar 3.26 : Hasil simulasi stress meja .................................................... 49
Gambar 3.27 :Hasil simulasi displacement meja .......................................... 49
Gambar 3.28 : Hasil simulasi strain meja ................................................... 50
Gambar 3.29 : FBD poros ballscrew .......................................................... 51
Gambar 3.30 : Hasil simulasi stress poros ballscrew .................................. 53
Gambar 3.31 : Hasil simulasi displacement poros ballscrew ....................... 54
Gambar 3.32 :Hasil simulasi strain poros ballscrew .................................... 54
Gambar 3.33 : FBD poros vertikal.............................................................. 55
Gambar 3.34 : Hasil simulasi stress poros vertikal ..................................... 57
Gambar 3.35 :Hasil simulasi displacement poros vertikal ............................ 58
Gambar 3.36 : Hasil simulasi strain poros vertikal ..................................... 58
Gambar 4.1 : Alur Proses Manufaktur ....................................................... 60
xiv
Gambar 4.2 : Raw matrial alumunium alloy .............................................. 63
Gambar 4.3 : Raw material acylic ............................................................. 64
Gambar 4.4 : Material teflon ..................................................................... 64
Gambar 4.5 : Material kuningan ................................................................ 65
Gambar 4.6 : Material alloy steel............................................................... 66
Gambar 4.7 : Flowchart komponen base .................................................... 70
Gambar 4.8 :Flowchart komponen x ......................................................... 71
Gambar 4.9 :Flowchart komponen y ......................................................... 72
Gambar 4.10 :Flowchart komponen z .......................................................... 73
Gambar 4.11 : Pembuatan rangka ................................................................ 74
Gambar 4.12 : Pembuatan dudukan aluminium bawah ................................ 75
Gambar 4.13 : Pembuatan batang aluminium .............................................. 77
Gambar 4.14 : Pembuatan dudukan adjust .................................................. 79
Gambar 4.15 : Pembuatan bearing housing 3.2 ........................................... 81
Gambar 4.16 : Pembuatan bearing housing 2 ............................................... 83
Gambar 4.17 : Pembuatan bearing housing 1 ............................................... 84
Gambar 4.18 : Pembuatan braket samping................................................... 86
Gambar 4.19 : Pembuatan dudukan komponen extruder .............................. 87
Gambar 4.20 : Pembuatan braket extruder ................................................... 89
Gambar 4.21 : Pembuatan braket y ............................................................. 91
Gambar 4.22 : Pembuatan motor base 2 ...................................................... 92
Gambar 4.23 : Pembuatan bearing housing 4 ............................................... 94
Gambar 4.24 : Pembuatan plat penahan ....................................................... 96
Gambar 4.25 : Pembuatan dudukan meja samping ...................................... 97
xv
Gambar 4.26 : Pembuatan penyangga meja ................................................. 99
Gambar 4.27 : Pembuatan braket limit switch ........................................... 100
Gambar 5.1 : Jenis-jenis probe .................................................................. 104
Gambar 5.2 : Probe dipasang didudukan ................................................... 105
Gambar 5.3 : Dudukan probe dibersihkan ................................................. 105
Gambar 5.4 : Dudukan probe dipasang pada mesin ................................... 105
Gambar 5.5 : Proses penentuan titik referensi ............................................ 106
Gambar 5.6 : Posisi head probe ................................................................. 106
Gambar 5.7 : Buka program ...................................................................... 107
Gambar 5.8 : Pilih menu learn mode ......................................................... 107
Gambar 5.9 : Pilih jenis probe ................................................................... 108
Gambar 5.10 : GUI probe data managemment ............................................. 108
Gambar 5.11 : Metode pengambilan plane .................................................. 109
Gambar 5.12 : Linear guideway 1 dan 2 sumbu y ........................................ 110
Gambar 5.13 : Metode pengukuran pada sumbu y ....................................... 111
Gambar 5.14 : Pengukuran Linear guideway sumbu y ................................. 111
Gambar 5.15 : Hasil pengukuran kesejajaran sumbu y ................................. 112
Gambar 5.16 : Hasil pengukuran angularity ................................................ 112
Gambar 5.17 : Pengukuran sistem gerak z ................................................... 113
Gambar 5.18 : Metode pengukuran sumbu z ............................................... 113
Gambar 5.19 : Grafik hasil pengukuran sistem gerak sumbu z ..................... 114
Gambar 5.20 : Metode pengukuran sumbu x ............................................... 115
Gambar 5.21 : Hasil pengukuran kesejajaran sumbu x ................................. 116
Gambar 5.22 : Hasil pengukuran angularity sumbu x .................................. 116
Gambar 5.23 : Pengukuran batang alumunium 1,2,3,4 ................................. 117
xvi
Gambar 5.24 : Pengukuran batang alumunium atas dan bawah .................... 118
Gambar 6.1 : Termokopel tipe K ............................................................... 120
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Material rapid prototyping ......................................................... 17
Tabel 3.1 : Spesifikasi motor stepper ........................................................... 32
Tabel 3.2 : Spesifikasi ballscrew ................................................................. 33
Tabel 3.3 : Spesifikasi linear guideway ....................................................... 35
Tabel 3.4 :Karakteristik A,B,C pada safety factor ........................................ 42
Tabel 3.5 :Karakteristik D dan E ................................................................. 43
Tabel 3.6 :Penentuan karakteristik safety factor ........................................... 43
Tabel 3.7 :Properties material meja akrilik .................................................. 47
Tabel 3.8 : Karakteristik mesh meja akrilik .................................................. 48
Tabel 3.9 : Free body force meja ................................................................. 48
Tabel 3.10 : Free body moment meja ............................................................ 48
Tabel 3.11 : Hasil simulasi meja .................................................................... 49
Tabel 3.12 : Properties material poros ballscrew ........................................... 51
Tabel 3.13 : Karakteristik mesh poros ballscrew ............................................ 52
Tabel 3.14 : Free body force poros ballscrew ................................................ 52
Tabel 3.15 : Free body moment poros ballscrew ........................................... 52
Tabel 3.16 : Hasil simulasi ballscrew ............................................................ 52
Tabel 3.17 : Properties material poros vertikal ............................................... 55
Tabel 3.18 : Karakteristik mesh poros vertikal .............................................. 56
Tabel 3.19 : Free body force poros vertikal ................................................... 56
Tabel 3.20 : Free body moment poros vertikal ............................................... 57
Tabel 3.21 : Hasil simulasi poros vertikal ...................................................... 57
xviii
Tabel 4.1 : Karakteristik aluminium alloy .................................................... 62
Tabel 4.2 : Karakteristik Polymethylmethacrylate (acrylic) ......................... 63
Tabel 4.3 : Karakteristik material teflon ...................................................... 64
Tabel 4.4 : Karakteristik material kuningan ................................................. 65
Tabel 4.5 : Karakteristik alloy steel ............................................................. 66
Tabel 4.6 : Total waktu pemesinan .............................................................. 102
Tabel 5.1 : Kesejajaran sumbu z .................................................................. 114
Tabel 5.2 : Hasil pengukuran batang 1 dan 2 ............................................... 117
Tabel 5.3 : Hasil pengukuran batang 3 dan 4 ............................................... 117
Tabel 5.4 : Hasil pengukuran batang bawah dan atas ................................... 118
Tabel 6.1 : Temperatur komponen ............................................................... 121
Tabel 6.2 : Koefisien muai volume .............................................................. 122
Tabel 6.3 : Besarnya muai volume............................................................... 123