## Prototipe  Mesin CNC 3 Axis Sederhana untuk IKM Mainan Edukasi Berbahan Kayu
Andhika Estiyono, Arie Kurniawan, dan Ari Dwi Krisbianto Departemen Desain Produk Industri, Fakultas Arsitektur Desain dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Email: x5modeller@gmail.com
Abstrak    –    Pembuatan  mainan  pendidikan  ( educational toys ) puzzle secara manual dimana dalam usahanya untuk mencapai kepresisian  bentuk  masih  menemui  banyak  kesulitan. Kesulitan  yang  dialami  meliputi  pembuatan  masih  terpisah satu-persatu di tiap bentuknya, bentuk yang satu dengan yang lain yang serupa namun memiliki ukuran yang tidak seragam dan kebutuhan proses produksi yang lebih cepat. Metode yang ditawarkan adalah proses pembuatan dan pemotongan dengan menggunakan  mesin  CNC  dengan  sekali  proses  pengerjaan. Diharapkan  dengan  menggunakan  mesin  CNC woodworking kebutuhan  dalam  pembuatan  bentuk  mainan  yang  presisi dapat  tercapai  dan  dapat  dilakukan  dengan  lebih  cepat sehingga menambah produktifitas IKM.
Kata Kunci: CNC, presisi, puzzle , mainan kayu, IKM
Abstract – There are still many adversities to achieve precision on puzzle educational toys making. The complications are separate making one by one in its form, dissimilarity in its size and to quicken production process. Manufacturing and cutting process using CNC machine is offered method for its solution. Woodworking CNC machine are able to do one process at a time, more precision, faster and able to gain small-medium industries (IKM) productivity.
Keyword: CNC, precision, puzzle, wooden toys, IKM

## I PENDAHULUAN
Mainan puzzle adalah  jenis  mainan  teka-teki  yang  berupa komponen-komponen  bidang  dengan  bentuk  dan  ukuran  yang seragam  secara  keseluruhan  dan/atau  memiliki  beberapa  bentuk yang  berbeda  dengan  perbedaan  ukuran  di  tiap  bidangnya  serta mempunyai ketebalan yang sama [1]. Mainan puzzle bisa dikatakan permainan  dua  dimensi  meskipun  secara  fisik  mempunyai ketebalan  material.  Bahan  yang  umum  digunakan  IKM  berupa bahan papan tipis, bisa MDF, triplek maupun solidwood. Proses pembuatan dan pemotongan bahan untuk membuat mainan pendidikan puzzle dilakukan  dengan  menggunakan  mesin pemotong jigsaw [2].  Komponen  bentuk  mainan puzzle ,  dibuat dengan  memotong  satu  persatu  bagian puzzle yang  sebelumnya sudah  dimal  dan  disatukan  di  akhir  ketika  masing-masing  bentuk sudah  terbuat  dalam  sebuah  papan  berbingkai.  Dalam  penyatuan bagiannya masih harus melakukan penyetelan agar masing-masing bagian  dapat  masuk  ke  dalam  bingkai  dan  bisa  bersinggungan dengan  tepat  dengan  masing-masing  bentuk  di  dekatnya. Penyetelan  berupa  proses  pemotongan  tipis  jika  masih  terlalu banyak  tepian  bidang  yang  bersinggungan  dan  melakukan pengamplasan  jika  bidang  tepian  yang  bersinggungan  sedikit. Namun  dengan  jumlah  komponen  bentuk puzzle yang  banyak
sangat  membutuhkan  waktu  dalam  penyelesaian  satu  set  mainan puzzle .
Proses  penyetelan  agar  dapat  tepat  bersinggungan  menjadi  lebih banyak  mengubah  bentuk  sehingga  tiap  bentuk bidang  komponen puzzle menjadi  tidak  sama  bentuk  dan  ukuran  di  tiap  unit bentuknya. Hal ini menyebabkan tidak dapat dilakukan tukar posisi bidang  karena  bentukan  unit  bidang puzzle dengan  bentuk  dan ukuran yang sudah disetel untuk posisi tertentu hanya untuk posisi tersebut.  Perbedaan  bentuk  dan  ukuran  ini,  meskipun  hanya berbeda  kurang  dari  satu  milimeter  menyebabkan  bidang puzzle tidak  dapat  masuk  bersinggungan  masuk  ke  dalam  papan  bingkai dan  menimbulkan  kesulitan  ketika  digunakan  bermain  anak-anak [3].  Sebaliknya  agar  kondisi  di  atas  dapat  diminimalisir  maka toleransi  persinggungan  dilebarkan.  Dampak  yang  muncul mengakibatkan  unit  antar  bidang  menjadi  tidak  presisi  dan memunculkan jarak. Akibat jarak ini mainan puzzle tidak bisa rapat dan saling mengunci.

## II METODE PENELITIAN

## Gambar 1 Tiga Dimensi pola mainan puzzle.
Penelitian  dilakukan    dengan  cara  eksperimen  uji  kerja menggunakan  mesin  CNC  yang  sudah  dibuat  dengan  metode Integrated Digital Design .  Diawali  dengan  proses  perencanaan melalui  CAD  dengan  membuat  gambar  tiga  dimensi  pola  mainan puzzle (Gambar 1).
Dari  masing-masing  unit  bentuk  dan  ukurannya  kemudian dikelompokkan  pada  lokasi  pola  potong  (Gambar  2).

## Andhika Estiyono, Arie Kurniawan, dan Ari Dwi Krisbianto

## Prototipe  Mesin CNC 3 Axis Sederhana untuk IKM Mainan Edukasi Berbahan Kayu
Pengelompokan  rencana  potong  dimaksudkan  agar tools mesin CNC  sudah  terset  untuk  memotong  sesedikit  mungkin  material yang  dibutuhkan  [4]  dan  dalam  satu  rangkaian  alur  potong sekaligus  sudah  memisahkan  dua  tepian  bidang  sehingga  waktu yang  dibutuhkan  untuk  pemotongan  menjadi  lebih  singkat. Toleransi  yang  dipakai  adalah  0,5  milimeter,  sedikit  lebih  besar dari standar toleransi persinggunan untuk komponen industri yang sejumlah  0,2  milimeter  karena  untuk  mengejar  kemudahan  lepas- pasang unit mainan dan mengejar keseragaman bentuk dan ukuran tanpa proses penyetelan.
Gambar 2 Pengelompokan pola potong.

## III HASIL DAN PEMBAHASAN

## Dimensi CNC
Mesin CNC mempunyai luasan bidang kerja (bed) dengan ukuran XY  1200  mm  x  1200  mm.  Ukuran  ini  didapatkan  dari  luasan material  lembaran  yang  mudah  diperoleh  di  pasaran  yaitu  1220 mm  x  2440  mm  kemudian  dibagi  menjadi  dua  bagian  luasan. Setelah  melalui  observasi  di  lapangan  luasan  mainan  yang dikerjakan mempunyai dimensi XY yang tidak lebih dari 500 mm x  500  mm  sehingga  untuk  pengerjaan  lebih  dari  satu  masih  bisa dikerjakan sekali waktu.
Gambar 3 Operasi software MeshCAM.

## Uji Kerja CNC Tahap perancangan
Gambar  tiga  dimensi  diolah  dalam  aplikasi  software  MeshCAM untuk  menentukan tools yang  akan  dipakai  beserta  rencana pemotongan  (Gambar  3).  Pemotongan  di-setting  dengan menentukan  titik  nol  pada  bidang  dan  sesuai  rencana  akan dilakukan dalam dua langkah kedalaman ( depth =2.5 mm). Sistem
pemotongan  yang  akan  dipakai  adalah waterline. Material  yang dipakai  mempunyai  ketebalan  5  milimeter  dengan  bahan  MDF yang  mempunyai  tekstur  halus  dan  kepadatan  yang  cukup. Menggunakan  mata  pisau  ( tool )  ujung  datar  (endmill)  dengan ukuran  3.175  milimeter  (EM  3.175  mm)  berbahan  Tungsten sehingga jarak pada saat pengolompokan pola bentuk adalah lebih besar dari diameter putar tool (3.175 < x = 4 mm). Kecepatan putar spindle yang digunakan adalah 300 mm/s (F=300,00).
Langkah  berikutnya  dilakukan  proses  rekayasa  G-Code  sebagai keluaran  software  CAM  untuk  menentukan  alur  potong  bidang mana yang harus terpotong terlebih dahulu dan mana yang belum agar masih ada pemegang bidang agar tidak terpotong seluruhnya secara  langsung  dan  lepas.  Rekayasa  G-Code  menggunakan software  G-Code  Optimizer  dengan  memindah  angka-angka koordinat di urutan kerja.
Gambar 4. Setting dengan menggunakan software Mach3.

## Tahap pemotongan
Diawali  dengan  memasang  material  pada  bidang  kerja  CNC  ( bed CNC).  Material  yang  digunakan  berdimensi  XYZ  281.42  mm  x 281.42 mm x 3.00 mm adalah dimensi total boundingbox material yang sudah dikelompokkan sesuai pola dengan diberi spasi bidang lebih  sejumlah  20  milimeter  sebagai  tepian  pemegang  material yang tidak kena potong di bagian tepi-tepi bidang. Bidang material potong tidak boleh bergeser atau berpindah posisi. Setelah material potong  terpasang  sempurna,  langkah  berikutnya  menentukan  titik awal  potong  XYZ  ujung tool terhadap  bidang  kerja  kemudian mengeset pada software pelaksana Mach3 bahwa pada kedudukan itu  mempunyai  angka  nol  (All  zero:  Zero  X;  Zero  Y;  Zero  Z) kemudian mesin siap dijalankan (Gambar 4).

## Hasil
Gambar 5  Fillet  garis  lengkung  hasil  potong  bagian  dalam  siku.  Uji  coba menggunakan mdf anti air 3 mm
Hasil  potong  pada  bagian  sudut  dalam  bingkai  dengan  sudut  90˚ terdapat fillet garis  lengkung  karena tool dengan  diameter  3.175 milimeter tidak dapat menjangkau ujung sudut tegak lurus bagian dalam bingkai. Hal ini menyebabkan ujung unit bidang puzzle yang runcing  dan  terpotong  sempurna  dari  bagian  luar  yang bersinggungan  dengan  sudut  siku  bingkai  tidak  dapat  masuk  ke dalam bingkai jika dipasang keseluruhan (Gambar 5).
Dilakukan  improvisasi  langsung  dengan  menyetel  manual  bagian sudut  unit  bidang puzzle agar  bisa  masuk  pada  sudut  bingkai dengan diamplas dan dipingul.
Pada  saat  pemasangan  keseluruhan  unit  bidang puzzle ke  dalam bingkai  mainan,  unit  bidang  tidak  dapat  masuk.  Dilakukan pengecekan  ukuran  tiap  unit  bidang  ternyata  ada  perbedaan panjang dan lebar dari hasil potongan dengan rencana gambar tiga dimensi (3D). Untuk pengecekan menggunakan bentuk yang paling sederhana yaitu bentuk geometri persegi dengan ukuran XY 49.975 mm  x  49.975  mm  mempunyai  ukuran  hasil  potongan  XY  49.85 mm x 50.12 mm.

## Perbaikan/Improvement

## Gambar 6 Sudut bingkai dengan radius.
Terdapat  opsi  penyelesaian  untuk  mengatasi  masalah  hasil potongan  sudut  dari  tool  mesin  CNC.  Hasil  potongan  sudut  tidak bisa bersudut tegak-lurus karena beradius mengikuti diameter tool CNC  yang  digunakan  (Gambar  6).  Sudut  terdapat  fillet  dengan radius sama seperti tool yaitu +/- 3 mm (diameter tool = 3.175 mm) sehingga  jika  tetap  mempertahankan  tetap  bersudut  tegak-lurus maka harus dipotong manual pada sudut bingkainya.
Gambar 7 Sudut bingkai dengan radius.
Opsi  berikutnya  adalah  dengan  membiarkan  sudut  tetap  beradius sesuai  dengan  hasil  potong  tool  CNC  namun  melakukan  sedikit perubahan  pada  unit  bangun  isian  bingkai  pada  bidang  yang berhimpit dengan sudut tersebut. Perubahan berupa mem-fillet tiap sudut  bangun  (Gambar  7)  sehingga  tidak  perlu  dilakukan  lagi perbaikan manual. Opsi yang dipilh adalah opsi yang kedua.
Bangun  isian  yang  disesuaikan  dengan  di-fillet  adalah  bangun persegi  karena  bangun  persegi  letaknya  berada  di  sudut-sudut bingkai.  Radius  fillet  dari  bangun  persegi  adalah  2.5  mm didapatkan dari radius bingkai 3 mm dikurangi toleransi jarak 0,5 mm. Selanjutnya dilakukan proses cutting dengan hasil yang cukup rapat namun masih ada jarak pada persinggungan tertentu (Gambar 8)
Gambar 8 Hasil potongan perbaikan.

## IV KESIMPULAN
Masih  perlu  dilakukan  perbaikan  dan improvement dari  hasil pemotongan  unit  bidang  mainan puzzle .  Usaha  yang  masih dilakukan adalah menyamakan hasil potongan material bidang unit mainan dengan geometri yang ada di gambar rencana tiga dimensi pada  software  CAD. Improvement s  yang  harus  dilakukan  antara lain:
1. Melakukan  penyesuaian  dengan  mengubah  gambar  rencana tiga  dimensi  (3D)  untuk  langsung  disesuaikan  dengan lengkungan yang kongruen dengan sudut bingkai mainan yang ter-fillet.
2. Melakukan pengecekan kembali pada bidang kerja (bed) CNC apakah  sudah  cukup  kuat  kunciannya  dengan  struktur  rangka CNC  dan  melakukan  pengecekan  pada  pemegang  material bidang potong.
3. Melakukan rekalibrasi mesin CNC
4. Menentukan  urutan  potongan  bidang  CNC  agar  hasil potongannya  bisa  satu  persatu  terpotong  dengan  baik  tanpa merusak bidang potong yang lain.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Fuadiyah,  Nidho.  (2013).  Upaya  Meningkatkan  Pengenalan Geometri dengan Permainan Puzzle Bervariasi pada Kelompok

## Andhika Estiyono, Arie Kurniawan, dan Ari Dwi Krisbianto

## Prototipe  Mesin CNC 3 Axis Sederhana untuk IKM Mainan Edukasi Berbahan Kayu
B  TK  Al-Hikmah  Randudongkal-Pemalang,  Skripsi  Program Pendidikan Anak Usia Dini, IKIP PGRI Semarang
[2] Home-Douglas, P. (1995). The Art Of Woodworking-Wooden Toys and Crafts.
[3] Muloke, I. C., Ismanto, A. Y., & Bataha, Y. (2017). Pengaruh Alat Permainan Edukatif (Puzzle) Terhadap Perkembangan
Kognitif Anak Usia 5-6 Tahun Di Desa Linawan Kecamatan Pinolosian Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan. JURNAL KEPERAWATAN , 5 (1).
[4] Kurniawan,  S.,  &  Waluyo,  B.  (2018). Analisis Pengaruh Toolpath Pada Pembuatan Kacamata Kayu Dengan Mesin CNC Milling Router 3 Axis ( Doctoral dissertation , Universitas Muhammadiyah Surakarta).