https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## ANALISIS PENGARUH METODE VACUUM BAG TERHADAP GEOMETRI SAYAP UAV SKYWALKER

## ANALYSIS OF VACUUM BAGGING METHOD ON GEOMETRY OF SKYWALKER UAV WING
Ikbal Rizki Putra 1)* , Ferry Setiawan 2) , Sehono 3) , dan Angger Bagus Prasetiyo 4) 1,2,3 Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Kedirgantaraan, Bantul, Indonesia 4 Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta, Sleman, Indonesia email: ikbal.rizki@sttkd.ac.id 1) * , ferry.setiawan@sttkd.ac.id 2) , sehono@sttkd.ac.id 3), angger.bagus@itny.ac.id 4 )
Received: 13 Maret 2023
Accepted: 12 Juni 2023 Published: 30 Juni 2023

## Abstrak
Penelitian ini berfokus pada manufaktur sayap komposit menggunakan proses vacuum bag. Metode vacuum bag digunakan karena dapat mengurangi waktu manufaktur  serta  meningkatkan  kualitas  hasil  akhir.  Penelitian  ini  bertujuan dalam  mengetahui  dampak  metode vacuum  bag terhadap  geometri  antara tahapan desain dan hasil akhir sayap UAV. Perbedaan geometri desain dan hasil akhir  dihitungan  dengan  pengukuran.  Pengaruh  variasi  ketebalan  dan pembebanan  diperkirakan  dengan  simulasi  pemodelan  dengan  Software Fusion360.  Geometri  tahap  desain  dan  hasil  akhir  tidak  memiliki  perubahan yang signifikan dengan perbedaan  ketebalan  10%, panjang sayap 2,45%, dan lebar sayap 0,80%. disimpulkan bahwa penambahan ketebalan dan pembebanan berbanding lurus dengan bersarnya deformasi yang terjadi. Semakin besar nilai ketebalan dan pembebanan semakin besar deformasi yang terjadi.
Kata Kunci: Vacuum bag, UAV, geometri, deformasi

## Abstract
This research focuses on manufacturing composite wings using the vacuum bag process. The vacuum bag method is used because it can reduce manufacturing time and improve the quality of the final product. This study aims to determine the impact of the vacuum bag method on the geometry between the design stages and the final results of the UAV wing. Differences in design geometry and final results are calculated by measurement. The effects of variations in thickness and loading were estimated by modeling simulations with Fusion360 Software. The geometry  of  the  design  stage  and  the  final  result  did  not  have  a  significant change, with a difference of 10% in thickness, 2.45% in wing length, and 0.80% in  wing  width.  For  deformation,  it  can  be  concluded  that  the  increase  in thickness  and  loading  is  directly  proportional  to  the  magnitude  of  the deformation  that  occurs.  The  greater  the  value  of  thickness  and  loading,  the greater the deformation that occurs.
Keywords: Vacuum bag, UAV, Geometry, Deformation
DOI:10.20527/sjmekinematika.v8i1.244
How to cite : Putra, I. R., Setiawan, F., Sehono, S., & Prasetiyo, A. B., “Analisis Pengaruh Metode Vacuum Bag Terhadap  Geometri  Sayap  UAV  Skywalker”. Scientific  Journal  of  Mechanical  Engineering Kinematika, 8 (1), 36- 43, 2023.
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## PENDAHULUAN
Industri  penerbangan  merupakan  salah  satu  bidang  yang  berkembang  sangat  pesat. Salah  aplikasinya  adalah  untuk  pembuatan  pesawat  tanpa  awak  atau Unmanned  Aircraft Vehicle (UAV). Spesifikasi yang dibutuhkan oleh sayap UAV adalah tingkat kekakuan yang tinggi,  tingkat  kekuatan  yang  tinggi  dan  berat  yang  ringan.  Material  yang  umumnya digunakan untuk pembuatan UAV adalah Komposit. Serat karbon dan serat kaca merupakan material yang pada umumnya digunakan pada polimer komposit. Komposit dipilih karena lebih ringan 20-50% dari logam dengan kekuatan yang tidak berbeda jauh [1], [2]. Metode vacuum bag merupakan salah satu metode manufaktur UAV yang banyak digunakan selain metode hand lay-up .
Metode vacuum  bag digunakan  karena  dapat  mengurangi  waktu  manufaktur  [3], gelembung dan kerutan pada hasil akhir [4]. Serta metode ini juga meningkatkan kekuatan Tarik  dan  kekuatan  lentur  jika  dibandingkan  dengan  metode hand  lay-up [5].  Untuk mencapai hasil akhir yang maksimal maka dibutuhkan keseragaman antara ukuran geometri pada  tahap  desain  dan  hasil  akhir  sayap  UAV.  Pada  saat  pembuatan  pasti  akan  terjadi kegagalan  atau  cacat  terutama  pada  perbedaan  ketebalan  [6],  [7],  serta  banyaknya porositasm tidak ratanya resin, delaminasi dan kerutan [8], [9], [10].
Pada penelitian ini, diinvestigasi efek dari metode vacuum bag terhadap geometri pada tahapan desain sebelum proses pembuatan dan hasil akhir metode vacuum bag . Tujuannya adalah  untuk  mengetahui  dampak  dari  metode vacuum  bag terhadap  geometri  dan memperkirakan  tegangan  yang  terjadi  pada  sayap  hasil  akhir.  Serta  menentukan  apakah metode vacuum  bag memberikan  hasil  yang  optimal  terhadap  hasil  akhir  sayap  UAV. Diharapkan  perbedaan  variasi  ketebalan  maksimum  hasil vacuum  bag yang  disarankan adalah 5.5% [11] dan berat sayap adalah yang seringan mungkin.

## METODE PENELITIAN
Sayap  adalah  salah  satu  bagian  terpenting  dari  pesawat  terbang  karena  merupakan sumber utama gaya angkat. Ada 3 tahapan pada penelitian ini yaitu tahapan evaluasi hasil desain Fusion 360, evaluasi geometri hasil akhir metode vacuum bag , dan analisa struktur hasil akhir metode vacuum bag dengan aplikasi Fusion360. Untuk geometri yang dianalisa adalah  ketebalan skin ,  berat  sayap,  panjang  sayap,  dan  lebar  sayap.  Untuk  geometri parameter tahapan desain dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini.
Tabel 1 Parameter Desain No Parameter Nilai 1 Ketebalan Skin 1 mm 2 Berat sayap 189 gram 3 Panjang sayap 1010 mm 4 Lebar sayap 248 mm 5 Tinggi sayap 37 mm
Tahap pemodelan desain CAD sayap dilakukan dengan Autodesk Fusion360. Tahap desain sayap merupakan tahap memperkirakan parameter geometri sayap [12]. Selanjutnya hasil  desain  di import ke  Simulasi  pada  Fusion360  untuk  proses meshing .  Untuk menjalankan  proses  Analisa  struktur  dari  sayap  komposit  pada  Fusion360,  dibutuhkan beberapa tahapan mulai dari pre-post (memasukkan beban dan boundary condition ), proses
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Analisa, dan gambaran hasil simulasi. Proses simulasi dan Analisa struktur dipilih karena Analisis struktural berbasis metode elemen hingga dianggap sebagai simulasi numerik dan metodologi  optimalisasi  yang  sangat  sukses  di  bidang  teknik  penerbangan  [1].  Untuk parameter simulasi dapat dilihat pada tabel 2 dibawah ini. Untuk material yang digunakan adalah Glass  Fiber  Reinforced  Composite (GFRP)  atau  komposit  berpenguat  serat  kaca. Untuk  beban  yang  diaplikasikan  adalah  1,85N,  2,83N,  dan  5N.  Variasi  pembebanan  ini diambil  dari  beban  rencana  yaitu  1,85N,  beban  hasil  akhir  2,83N,  dan  asumsi  beban maksimal 5N. Boundary Condition kaku atau Encastre . Encastre merupakan jenis boundary condition yang tidak dapat bergerak atau kaku.
Tabel 2 Parameter Simulasi Struktur Pada Fusion360 No Parameter Nilai 1  Material GFRP 2  Beban 1 (Load) 1,85 N (189 Gram) 3  Beban 2 (Load) 2,83 N (289 Gram) 4  Beban 3 (Load) 5 N (0,51 Gram) 5 Boundary Condition  Encastre (Fixed) 6  Gravitasi 9,81 m/s 2 7  Ukuran mesh Fine (20 mm)
Proses vacuum bag dilakukan setelah selesai tahap desain CAD. Serat karbon dan resin Lycal digunakan sebagai bahan utama pembuatan sayap komposit. Proses vacuum bag dapat dilihat pada gambar 1 . Setelah proses vacuum bag selesai dilakukan, Selanjutnya melakukan analisa  geometri  dan  analisa  struktur  hasil  akhir  sayap.  Hasil  dari  analisa  geometri  dan analisa struktur kemudian dibandingkan antara desain dan hasil akhir.
Gambar  1. Proses Vacuum-Bagging Part Sayap

## HASIL DAN PEMBAHASAN Perbedaan Geometri
Salah  satu  indikator  penting  dalam  proses  perancangan  dan  manufaktur  adalah perbedaan  geometri.  Idealnya  geometri  antara  perancangan  dan  hasil  akhir  manufaktur adalah sama. Namun, ditoleransi menjadi semakin kecil perbedaan geometri  yang  terjadi maka semakin baik. Tabel 2 menunjukkan perbedaan geometri antara tahap perancangan dan hasil akhir manufaktur. Parameter yang dijadikan acuan adalah Ketebalan skin, Berat
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
sayap, Panjang sayap, dan Lebar sayap. Dapat dilihat bahwa target ketebalan skin adalah 1mm sedangkan produk hasil akhir memiliki ketebalan skin rata-rata sebesar 1,1mm. Untuk tampilan geometri
Tabel 3. Ukuran Geometri Desain dan Hasil Akhir No  Parameter Geometri  Tahap Perancangan  Hasil Akhir  Perbedaan (%) 1  Ketebalan Skin 1 mm 1,1 mm 10% 2  Berat sayap 189 gram 289 gram 52% 3  Panjang sayap 1010 mm 1034 mm 2,45% 4  Lebar sayap 248 mm 250 mm 0,80% 5  Tinggi sayap 37 mm 30 mm -18%
Untuk  tinggi  dari  ujung/ Tip sayap  mengalami  penurun  dimensi  yaitu  dari  dimensi desain memiliki tinggi 37 mm dan hasil akhir memiliki tinggi 30 mm. Setelah Analisa yang dilakukan hal ini terjadi karena adanya penambahan berat dari resin yang digunakan. Berat sayap  pada  tahapan  desain  diperkirakan seberat  189  gram  dan  pada  hasil akhir  memiliki berat sebesar 289 gram. Penambahan berat ini membuat ujung sayap yang awalnya memiliki tinggi 37 mm turun menjadi 30 mm atau memiliki defiasi dimensi sebesar -18%. Terjadinya penambahan  berat  ini  dapat  disebabkan  karena  adanya  penambahan  berat  dari  resin. Penambahan  berat  ini  terjadi  karena  tidak  meratanya  distribusi  resin.  Tidak  meratanya distribusi  resin  tersebut  dapat  dilihat  pada  gambar  2.  Solusi  yang  disarankan  adalah menguatkan penyangga atau support pada ujung sayap dan juga meratakan konsentrasi berat resin pada saat proses vacuum bagging .
Selanjutnya, untuk panjang dan lebar sayap memiliki perbedaan antara dimensi pada tahap desain dan hasil akhir. Seperti ditampilkan pada Tabel 3, dimensi Panjang sayap pada desain  adalah  1100  mm  dan  Panjang  hasil  akhir  adalah  1127  mm.  Terjadinya  perbedaan hasil ini diakibatkan karena penyebaran resin yang tidak merata. Sedangkan untuk  Lebar sayap pada tahap desain memiliki dimensi sebesar 248 mm dan hasil akhir memiliki dimensi sebesar 250 mm. Berdasarkan data tersebut nilai deviasi Panjang sayap antara tahap desain dan hasil akhir adalah 2,45%. Untuk deviasi Lebar sayap antara tahap desain dan hasil akhir adalah 0,8%.

## Gambar 2. Distribusi Resin Pada Sayap

## Deformasi Total
Deformasi  adalah  salah  satu  indikator  yang  penting  dalam  menentukan  apakah material atau produk yang dihasilkan Tangguh dalam menahan beban yang terjadi atau tidak. Deformasi terjadi pada saat sebuah material  atau produk menerima beban. Semakin kecil deformasi  yang  terjadi  maka  material  tersebut  semakin  kuat.  Pada  tabel  4  menunjukkan
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
besarnya  deformasi  yang  terjadi  pada  variasi  ketebalan  1mm  dan  1,1  mm  dan  variasi pembebanan 1,85 N, 2,83 N, dan 5 N.

## Tabel 4 Deformasi yang Terjadi Pada Sayap
Ketebalan (mm)  Beban (N)  Besar Deformasi (mm)
1 mm 1,85 1,747 2,83 1,878 5 2,153 1,1 mm 1,85 1,766 2,83 1,898 5 2,171
Pada Tabel 4 ditunjukkan bahwa besarnya pembebanan yang terjadi  mempengaruhi besar deformasi yang dihasilkan. Pada masing-masing ketebalan diberikan tiga variasi beban yang  berbeda  yaitu  1,85    N,  2,83  N,  dan  5  N.  Simulasi  dengan  pembebanan  1,85  N menunjukkan nilai deformasi yang terjadi sebesar 1,747mm pada ketebalan skin 1mm dan nilai  deformasi  sebesar  1,766  mm  pada  ketebalan skin 1,1mm.  Pada  simulasi  dengan pembebanan 2,83N menunjukkan bertambahnya nilai deformasi yang terjadi sebesar 1,878 mm pada ketebalan skin 1mm dan nilai deformasi sebesar 1,898 mm pada ketebalan skin 1,1 mm. Selanjutnya simulasi pembebanan 5 N pada ketebalan skin 1 mm dan 1,1 mm telah berhasil  dilakukan.  Pada  sayap  dengan  ketebalaan skin 1mm  memiliki  nilai  deformasi maksimal sebesar 2,182 mm dan pada sayap dengan ketebalan skin 1,1 mm memiliki nilai deformasi maksimal sebesar 2,164 mm. Dari data yang telah didapatkan dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang diaplikasikan pada ketebalan yang sama maka semakin besar juga deformasi yang terjadi pada sayap tersebut.
Pada  kedua  variasi  ketebalan  1mm  dan  1,1  mm  memiliki  nilai  deformasi  minimal 0mm. Nilai 0mm ini menunjukkan bahwa tidak ada perubahan. Nilai deformasi yang tidak memiliki  perbedaan  ini  dikarenakan  posisinya boundary  condition dari  simulasi  tersebut adalah fixed atau  kaku.  Dari  simulasi  dapat  dilihat  bahwa  bentuk  deformasi  dari  sayap tersebut dengan beban 5N tidak berubah secara signifikan. Gambar hasil simulasi geometri perancangan dan hasil akhir dapat dilihat pada gambar 3 hingga gambar 8 dibawah ini.
Gambar 3. Deformasi pada Skin 1,1 mm Dengan Pembebanan 1,85 N
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Gambar 4. Deformasi pada Skin 1,1 mm dengan Pembebanan 2,83 N

## Gambar 5. Deformasi pada Skin 1,1 mm dengan Pembebanan 5 N
Pada gambar 3 hingga 5 ditunjukkan bahwa distribusi deformasi pada semua variasi pembebanan  bergerak  ke  arah  bawah.  Kontur  distribusi  menunjukkan  jika  tidak  ada perubahan  bentuk  signifikan  pada  material  atau  produk  setelah  diberikan  beban  sebesar 1,85N,  2,83N,  dan  5N.  Dengan  besarnya  deformasi  sebesar  1,766mm,  1,898mm,  dan 2,171mm. Hal ini mengartikan bahwa deformasi yang terjadi masih dalam area aman yang dapat ditoleransi oleh material tersebut[13].
Gambar 6. Deformasi pada Ketebalan 1 mm dengan Pembebanan 1,85 N
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Gambar 7. Deformasi pada Ketebalan 1 mm dengan Pembebanan 2,83 N

## Gambar 8. Deformasi pada Ketebalan 1 mm dengan Pembebanan 5 N
Pada gambar 6 hingga 8 diatas ditunjukkan bahwa distribusi deformasi pada semua variasi pembebanan bergerak ke arah bawah. Kontur distribusi menunjukkan jika tidak ada perubahan bentuk signifikan pada material atau produk setelah diberikan beban sebesar 1,85 N, 2,83 N, dan 5 N. Dengan besarnya deformasi sebesar 1,747 mm, 1,878 mm, dan 2,153 mm. Hal ini mengartikan bahwa deformasi yang terjadi masih dalam area aman yang dapat ditoleransi oleh material tersebut[13]. Dari hasil simulasi yang ditunjukkan pada tabel 4 dan gambar 5 hingga gambar 8 diatas, dapat disimpulkan bahwa dengan bertambahnya ketebalan dan pembebanan maka semakin bertambah pula besar deformasi yang terjadi pada sayap.

## KESIMPULAN
Kesimpulan Berdasarkan pembahasan dan analisis dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan  metode vacuum  bagging geometri  pada tahap  desain  dan  hasil  akhir  tidak mengalami perbedaan yang signifikan. Dengan besarnya target ketebalan skin sebesar 1mm pada  tahap  desain  dan  ketebalan  riil  sayap  sebesar  1,1mm.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa metode vacuum bagging dapat digunakan sebagai metode pembuatan sayap UAV  karena perbedaan antara desain dan hasil akhir sebesar 0,1 mm atau sebesar 10%. Untuk deformasi dapat disimpulkan bahwa penambahan ketebalan dan pembebanan berbandung lurus dengan bersarnya deformasi yang terjadi.
https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## REFERENSI
[1]  A. N et al. , “Design and analysis of a tail sitter (VTOL) UAV composite wing,” Mater. Today Proc. , 2022, doi: 10.1016/j.matpr.2022.03.231.
[2]  F. Romano, J. Fiori, and U. Mercurio, “Structural design and test capability of a CFRP aileron,” Compos.  Struct. ,  vol.  88,  no.  3,  pp.  333–341,  May  2009,  doi: 10.1016/j.compstruct.2008.04.010.
[3]  L.  Zilberman,  O.  Katzuni,  and  L.  Cohen,  “Development  of  Innovative  Composite Control Surface.”
[4]  W. Grodzki and A. Łukaszewicz, “Design and manufacture of umanned aerial vehicles (UAV) wing structure using composite materials,” Materwiss. Werksttech. , vol. 46, no. 3, pp. 269–278, 2015, doi: 10.1002/mawe.201500351.
[5]  B. Muralidhara, S. P. Kumaresh Babu, and B. Suresha, “Utilizing vacuum bagging process  to  prepare  carbon  fiber/epoxy  composites  with  improved  mechanical properties,”  in Materials  Today:  Proceedings ,  2019,  vol.  27,  pp.  2022–2028.  doi: 10.1016/j.matpr.2019.09.051.
[6]  A.  Levy  and  P.  Hubert,  “Vacuum-bagged  composite  laminate  forming  processes: Predicting thickness deviation in complex shapes,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. , vol. 126, Nov. 2019, doi: 10.1016/j.compositesa.2019.105568.
[7]  M. Hassan, A. R. Othman, Abdullah, and Mahmud, “Terms and conditions Privacy policy,” 2023.
[8]  Y. Ma, T. Centea, G. Nilakantan, and S. R. Nutt, “Vacuum Bag Only Processing of Complex  Shapes :  Effect  of  Corner  Angle  ,  Material  Properties  and  Processing Conditions  Paper  Number :  242  Title :  Vacuum  Bag  Only  Processing  of  Complex Shapes : Effect of Corner Angle , Material Properties and Processing Con,” Proc. Am. Soc. Compos. - 29th Tech. Conf. , no. September, 2014.
[9]  Y. Ma, T. Centea, and S. R. Nutt, “Defect reduction strategies for the manufacture of contoured laminates using vacuum BAG-only prepregs,” Polym. Compos. , vol. 38, no. 9, pp. 2016–2025, 2017, doi: 10.1002/pc.23773.
[10]  N. Krumenacker and P. Hubert, “Effect of processing deficiencies on vacuum-bag- only  complex-shape  prepreg  laminate  consolidation  and  interlaminar  tensile behaviour,” ICCM  Int.  Conf.  Compos.  Mater. ,  vol.  2015-July,  no.  July,  pp.  19–24, 2015.
[11]  B. Yenilmez, T. Akyol, B. Caglar, and E. M. Sozer, “Minimizing thickness variation in the vacuum infusion (VI) process,” Adv. Compos. Lett. , vol. 20, no. 6, pp. 157–168, 2011, doi: 10.1177/096369351102000603.
[12]  I. Journal, T. Vol, S. Kp, and M. Engineering, “Optimization of Aircraft Wing With Composite Material,” Int. J. Innov. Res. Sci. Eng. Technol. , vol. 2, no. 6, pp. 2471– 2477, 2013.
[13]  A. B. Prasetiyo, K. A. Sekarjati, and S. Haryo, “Design And Analysis of The Effect of Variation  Ofcompression  Force  on  Allen  Key  Using  Finite  Element  Analysis Method,” SJME  Kinemat. ,  vol.  7,  no.  1,  pp.  39–52,  2022,  doi: 10.20527/sjmekinematika.v7i.