Model 3D Roda Gigi Heliks Berbasis Script Menggunakan
Software Autodesk Fusion 360
Haris Setiawan*, Andri Pratama, Rina, M Yazid Diratama Jurusan Teknik Manufaktur, Politeknik Manufaktur Bandung, Bandung, Jawa Barat
Jl. Kanayakan No.21, Dago, Kecamatan Coblong, Kota Bandung, Jawa Barat 40135
E-mail: harissetiawan99@gmail.com

## 1. Pendahuluan
Roda  gigi  sangat  banyak  digunakan  sebagai  elemen  mesin  untuk  mentransmisikan  daya  dengan  output  yang beragam. Roda gigi banyak digunakan dalam dalam berbagai bidang seperti pertanian, otomotif, manufaktur, pembangkit tenaga, dan industri kapal laut [1]. Salah satu jenis yang paling banyak digunakan dalam sistem transmisi adalah roda gigi heliks dimana suara yang dihasilkan ketika bekerja tidaklah bising ( noisy ), dapat menahan beban yang besar, dan dapat dioperasikan dalam kecepatan tinggi [2][3]. Agar dapat bekerja sesuai dengan sifat yang disebutkan tersebut, maka saat proses perancangan 3D model roda gigi heliks haruslah tepat dan benar agar dapat dibuat roda gigi heliks dengan geometri yang sesuai.
Proses pembuatan 3D roda gigi heliks secara konvensional melewati beberapa proses yang rumit dan repetitif. Hal ini pernah dilakukan menggunakan perangkat lunak Solidworks dimulai dari menghitung parameter roda gigi, membuat sketch bakalan ( blank ), dan membuat sketch profil roda gigi sesuai perhitungan yang sudah dilakukan [4]. Hal lain juga pernah dilakukan untuk merancang model 3D spiral bevel gear dengan memanfaatkan data perhitungan yang dilakukan menggunakan  perangkat  lunak MATLAB. Selanjutnya, data di ekstrak dan dimasukan ke dalam perangkat  lunak UG ( Unigraphics ) untuk memodelkan 3D spiral bevel gear [5].
Merancang dan memodelkan roda gigi heliks 3D secara konvensional dengan geometri yang benar, membutuhkan

## Abstract
3D modeling of a product is one of the most important process in manufacturing. The purpose of this research is to create and compare script-based 3D modeling of helical gears using Autodesk Fusion 360 software then compare  with  3D helical gear model  from ISO T.E.A standard part number 0518. The research method used was an experimental study. The research begins with the creation of script tipe A that has a face perpendicular to the XY plane. While the tipe B script uses a face that is perpendicular to its helical  curve (plane) using  the loft feature. The number of faces analyzed is 3.5 and 7 and the number of points on the involute spline 5, 15 and 25. Furthermore, the model made will be analyzed and compared to 3D helical gear model from ISO T.E.A standard part number 0518 based on its volume and geometry using solidwork and geomagic software. The results show that the 3D model with script tipe A is the model that most closely resembles the ISO T.E.A standard number part 0518 3D helical gear model so, the script tipe A is more accurate than script tipe B. Based on the specified tolerance limits, both models have met general tolerance standards.
Keywords: script, loft, helical gear, common volume, geometry
Key words : script; loft; helical gears; common volume; geometry
Keywords : Nodular cast iron; ledeburitic; hardness; micro structure; heat treatment
Abstrak
Pemodelan 3D suatu produk adalah salah satu elemen proses yang penting dalam manufaktur. Tujuan dari penelitian  ini  adalah  membuat  pemodelan  3D roda  gigi  heliks  berbasis script menggunakan softtware Autodesk Fusion 360 lalu membandingkannya dengan model 3D standar ISO T.E.A nomor part 0518. Metoda penelitian yang digunakan adalah kaji eksperimen. Penelitian dimulai dengan pembuatan script tipe A yang memiliki face tegak lurus dengan bidang XY. Sedangkan script tipe B menggunakan face yang tegak lurus dengan kurva heliksnya (bidang Gambar) menggunakan fitur loft. Jumlah face yang di analsis berjumlah 3,5 dan 7 serta jumlah titik pada spline involute 5, 15 dan 25. Selanjutnya model yang dibuat akan dianalisis dan dibandingkan berdasarkan volume serta geometrinya menggunakan software solidwork dan geomagic terhadap 3D roda gigi heliks standar ISO T.E.A nomor part 0518. Hasil analisis menunjukkan bahwa model script tipe A merupakan model yang paling menyerupai model standar roda gigi  heliks  ISO  T.E.A  nomor part 0518  sehingga, script tipe  A  lebih  akurat  dari  pada script tipe  B. Berdasarkan  batas  toleransi  yang  ditetapkan,  kedua  model  hasil script tipe  A  dan  B  sudah  memenuhi standar toleransi umum.
Kata kunci: script, loft , roda gigi heliks, common volume , geometri
waktu yang lama. Padahal jaman ini proses pemesinan sudah berbasis model 3D untuk membuat CAM ( Computer Aided Manufaktur ) /proses pemesinannya khususnya dalam proses pemesinan roda gigi. Hal ini sudah pernah dilakukan dalam proses pembuatan double-helical gears menggunakan mesin perkaaks CNC. Dalam percobaan tersebut, double-helical gears yang  dibuat  dengan  mesin  perkakas  CNC  memiliki  toleransi  dalam  jangkauan  standard  JIS  kelas  5  dan  layak digunakan [6]. Oleh karena itu pemodelan 3D roda gigi heliks yang effisien (cepat dan tepat) diperlukan agar pembuatan program CAM untuk proses pemesinan roda gigi heliks bisa cepat dan tepat sesuai profil roda gigi yang diinginkan. Untuk mengurangi,  menyederhanakan  proses,  dan  meminimalisir human  error dalam  pemodelan  3D  roda  gigi  secara konvensional, bisa dilakukan dengan metoda fitur rekognisi berbasis script agar proses pemodelan bisa dilakukan secara otomatis dengan mengisi variable yang diinginkan tanpa melakukan tahapan – tahapan seperti pada proses konvensional. Hal  ini  membuat  waktu  merancang  lebih  cepat  dan  kesalahan  manusia  ( human  error )  dalam  proses  pemodelan  bisa diminimalisir [7].
Script merupakan  bahasa  pemrograman  yang  berfungsi  sebagai  penerjemah  dan  kompilasi  kode  dalam  satu rangkaian  proses  integratif  sehingga  memungkinkan  kode  dibuat  secara  langsung  serta  dijalankan  secara  dinamis. Autodesk  Fusion  360 adalah  salah  satu software CAD/CAM  yang  memungkinkan  penggunanya  untuk  membuat  atau menambahkan script sesuai kebutuhan penggunanya. Terdapat tiga program pada software fusion 360 untuk membuat 3D model yaitu script, object model serta spyder . Object Model adalah suatu akses yang diberikan oleh software untuk melakukan  suatu  perintah.  Dalam  sebuah software khususnya  dalam software  3D  modeling ,  beberapa command atau perintah akan dikelompokkan dalam suatu submenu atau menu. Contohnya dalam membuat sketsa lingkaran, maka kita akan masuk ke menu sketch , lalu masuk ke submenu circle , kemudian baru bisa melakukan perintah untuk  membuat sebuah lingkaran sesuai yang dibutuhkan seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Object Model Autodesk Fusion User Interface
Perintah untuk membuat API di software autodesk fusion 360 harus mengikuti object model yang telah tersedia. Terdapat perbedaan antara pembuatan API dan pembuatan user interface . User interface object model atau akses ke suatu perintah ditampilkan secara visual berupa menu dan submenu tertentu. Akan tetapi dalam pembuatan API object model tidak akan ditampilkan secara visual, sehingga untuk melakukan suatu perintah harus melihat panduan object model yang tersedia di website autodesk fusion seperti yang terlihat pada Gambar 2 [8] .
Gambar 2. Object Model Guide Autodesk Fusion
Spyder adalah  sebuah  program  IDE  ( Integrated  Development  Environment ) open  source dengan  bahasa pemrograman python . IDE atau Integrated Development Environment adalah program komputer yang memiliki beberapa fasilitas yang diperlukan dalam pembangunan perangkat lunak. Spyder telah menjadi bagian dari banyak software open source lainnya, salah satunya adalah Autodesk Fusion. Tujuan penelitian ini adalah membuat script untuk model 3D roda gigi heliks menggunakan software Fusion 360 serta membandingkan hasilnya dengan model standar ISO T.E.A Transmission Australia dengan nomor part 0518.

## 2. Material dan Metode Penelitian
2.1 Metode Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  membandingkan  model  3D  hasil  dari script yang  dibuat dengan model standar yang telah ada. Tahapan penelitian yang dilakukan diperlihatkan oleh Gambar 3 sebagai berikut.
Mulai Studi literatur Observasi model 3D Model 3D metode konvensional Adopsi API yang similar Sesuai ? Editing sesuai kebutuhan Menerapkan pada script yang dibuat Run script Error? Bandingkan dengan model standar Akurat? Selesai Literasi Roda gigi heliks API Gambar 3 . Tahapan penelitian
Script roda  gigi  heliks  dibuat  dengan  cara  memanfaatkan script  spur  gear yang  tersedia  di software Autodesk Fusion .  Kemudian  diubah  dan  diedit  untuk  dimanfaatkan  menjadi script roda  gigi  heliks (Helical  Gear) .  Beberapa perubahan untuk kebutuhan script helical gear yang dibuat terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Script No Script Spur Gear Script Helical Gear 1. Standar yang tersedia yaitu standar metrik dan standar inggris. Standar yang tersedia yaitu standar metrik.
2. Constrain yang tersedia adalah diametral pitch dan modul.
Constrain yang tersedia adalah diameter luar dan modul.
3. Proses pemodelan dengan sistem penambahan. Proses pemodelan dengan sistem pengurangan.
4. Sketsa profil gigi yang digunakan adalah sketsa profil gigi sesungguhnya. Sketsa profil gigi yang digunakan adalah sketsa profil gigi negatif.
5. Roda gigi lurus. Roda gigi heliks, sehingga ada tambahan command input dan keterangan Gambar untuk parameter sudut heliks. 6. Tersedia lubang untuk poros, sehingga ada command input untuk diameter lubang.
Tersedia lubang untuk poros dan pasak, sehingga ada tambahan command input untuk diameter lubang dan ukuran pasak, beserta Gambar keterangannya.
7. Command input terdiri dari satu tab.
Command input terdiri dari tiga tab , yaitu tab untuk pilihan general , sudut heliks dan untuk lubang poros dan pasak 8. Menggunakan fitur extrude , dan pattern dalam pemodelan.
Menggunakan fitur extrude , sweep , dan pattern dalam pemodelan.
Model 3D yang akan dibuat meliputi metode konvensional dan script tipe A yaitu bidang Gambar hanya terdiri dari dua buah diawal loft dan diakhir loft serta metoda konvensional dan script tipe B yaitu bidang Gambar terdiri dari beberapa buah sehingga fitur loft akan tegak lurus terhadap masing-masing bidang Gambar. Sehingga akan dihasilkan 2 model yaitu 3D model tipe A serta tipe B dengan metoda script .

## 2.2 Proses Kerja Script
Untuk menjalankan suatu fungsi tertentu, script akan memanggil serangkai kode yang dibuat untuk melaksanakan perintah yang telah dibuat. Pada Gambar 4 berikut dijelaskan proses yang dilalui script sehingga bisa melakukan perintah pemodelan.
Mulai Definisikan Parameter Parameter fix Pengolahan data Script Data dari command input Perhitungan data Parameter Pemodelan Proses Pemodelan Selesai Default Parameter Command berupa option? Option berupa parameter? Hitung parameter lain Apakah batasan benar? Data script Y T Y Y Y T T T
Gambar 4. Diagram Alir Script
Pada tahap pertama pembuatan script adalah mendefinisikan parameter. Kemudian parameter yang ada di kelompokkan kedalam parameter fix (contohnya parameter standard) dan parameter berubah. Untuk alur kerja command input ditunjukkan oleh Gambar 5.
Mulai Definisikan parameter Mengklasifikasikan parameter
Nilai default parameter Jenis box command Jenis pilihan Menghitung parameter lain Batasan Data untuk script Selesai Script A Script B Script B Script A Script B Script A Nilai Nilai Salah Benar Pilihan Parameter
Gambar 5. Diagram Alir Command
Data yang tersimpan dalam script akan diolah untuk perhitungan pemodelan. Salah satu contoh perhitungan yang dilakukan adalah untuk menghitung koordinat titik involute .

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Model 3D Roda Gigi Heliks tipe A Secara Konvensional dan Script
Fitur  yang  digunakan  untuk  membentuk  gigi  adalah  fitur loft. Adapun  tahapan  yang  dikerjakan  untuk  proses pemodelan yaitu menentukan parameter, membuat base extrude diameter luar, membuat sketsa negatif dari profil gigi, membuat garis sebagai referensi kemiringan sudut heliks, membuat plane baru untuk sketsa loft, membuat sketsa baru untuk fitur loft, memotong base extude menggunakan sketsa loft dengan fitur cut-loft untuk mengeliminasi base extrude , kemudian fitur di array menggunakan circular pattern untuk memperbanyak fitur cut-loft . Urutan pemanggilan rangkaian perintah atau kode untuk menjalankan fungsi script yang dibuat berdasarkan proses pemodelan parameter yang dijadikan dasar command input (Gambar 5 ) adalah Modul (m), Jumlah gigi (z), Sudut tekan (α), Sudut heliks (β), Root Fillet (r f ), serta Tebal  (b). Untuk parameter lainnya adalah persamaan involute yang dijadikan profil negatifnya,  Mencerminkan spline involute, Membuat arc bagian luar dan dalam, Membuat sketsa untuk cut-loft serta circular pattern sehingga model 3D yang dihasilkan akan seperti pada Gambar 6.
Gambar 6. Hasil model 3D tipe A

## 3.2 Model 3D Roda Gigi Heliks tipe B Secara Konvensional dan Script
Model  3D  tipe  B  dibuat  dengan  cara  sketsa  negatif  dibuat  tegak  lurus  dengan  sudut  heliks.  Urutannya  adalah membuat plane baru untuk sketsa loft dengan jumlah disesuaikan dengan jumlah sketsa yang akan digunakan untuk fitur loft. Plane yang dibuat akan memiliki jarak yang sama satu sama lain. Kemudian membuat sketsa baru untuk loft pada plane baru serta memindahkan sketsa negatif profil gigi sebelumnya akan ke plane tersebut. Selanjutnya menggunakan fitur cut-loft dan  menggunakan circular  pattern untuk  memperbanyak  profil  sejumlah  gigi  maka  model  3D  yang dihasilkan akan seperti pada Gambar 7.

## 3.3 Membandingkan Volume Model A dengan Solid Compare
Dengan menggunakan perangkat lunak solidwork dilakukan analisis terhadap volume 3D model yang dihasilkan menggunakan script dengan  model  dari  ISO  T.E.A Transmission  Australia nomor part 0518  yaitu  dengan  cara 3D Compare kedua part yang sudah di assembly . Hasil yang didapat tertera pada grafik Gambar 8 berikut.
Gambar 8. Grafik Perbandingan Persentase dan Involute Point
Dari grafik tersebut terlihat bahwa ada penurunan akurasi untuk kurva involute yang mempunyai titik lebih dari lima, sedangkan penambahan titik kurva involute lebih dari 15 tidak memberikan efek apapun. Selain itu, pada grafik tersebut juga terlihat bahwa, semakin banyak jumlah face (bidang sketsa) maka akurasi model yang dihasilkan semakin tinggi.

## 3.4 Membandingkan Volume Model B dengan Solid Compare
Pada model tipe B data hasil perbandingan volume terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Grafik Perbandingan Persentase dan Involute Point
Berbeda dengan model A, pada model B keakurasian tertinggi justru didapat dengan jumlah face loft terendah. Sedangkan, untuk involute point tidak memberikan dampak signifikan.

## 3.5 Membandingkan Geometri Model A menggunakan software Geomagic Qualify
Dengan menggunakan fitur best fit alignment untuk proses assembly nya maka didapatkan data seperti yang terlihat pada Gambar 10. Akurasi dari geometri part tersebut ditunjukkan oleh warna seperti pada Gambar 10.
Untuk melihat besarnya penyimpanagn geometri yang terjadi dari beberapa model yang dihasilkan berdasarkan jumlah face 3, 5 dan 7 serta jumlah titik pada kuva involute (5,15 dan 25) dapat dilihat pada Gambar10. Data tersebut dapat dilihat dari Root Mean Square Error (RMSE) atau rata-rata penyimpngan yang terjadi. Semakin kecil nilai RMSE yang ada, maka akan semakin akurat model tersebut
94,90% 94,95% 95,00% 95,05% 95,10% 95,15% 95,20% 5 15 25 P er se n tas e Jumlah Involute Point Perbandingan Persentase dan Involute Point Jumlah Face 3 Jumlah Face 5 Jumlah Face 7 81,46% 81,47% 81,48% 81,49% 81,50% 81,51% 81,52% 81,53% 5 15 25 P er se n tas e Jumlah Involute Point Perbandingan Persentase dan Involute Point Jumlah Face 3 Jumlah Face 5 Jumlah Face 7
Gambar 10. 3D Compare Geomagic Qualify
Gambar 11. Grafik RMSE model A
Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa tren RMSE tidak stabil. Akan tetapi tren pada part dengan jumlah involute point 15 terlihat nilai RMSE menurun. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin banyak face untuk loft maka model hasil script akan semakin akurat.

## 3.6 Membandingkan Geometri Model B dengan Geomagic Qualify
Nilai Root Mean Square Error (RMSE) untuk model B dihasilkan data seperti yang terlihat pada Gambar grafik Gambar 12 berikut.
Gambar 12. Grafik RMSE model B
Pada grafik tersebut, dapat dilihat pada jumlah face 7, memiliki tren yang linear menurun. Tren menurun tersebut berarti semakin banyak jumlah involute point maka semakin akurat model tersebut karena nilai error yang ada semakin kecil. Sedangkan untuk nilai error terkecil didapatkan dari script yang memiliki jumlah face terkecil dan involute point terbesar.
0,03 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 3 5 7 RM S E Jumlah Face Loft Perbandingan RMSE dan Jumlah Face Loft Involute Point 5 Involute Point 15 Involute Point 25 0,085 0,09 0,095 0,1 5 15 25 R M SE Jumlah Involute Point Perbandingan RMSE dan Jumlah Involute Point Jumlah Face 3 Jumlah Face 5 Jumlah Face 7

## 4. Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah Ada dua jenis script (A dan B) yang telah dibuat dengan metode pemodelan yang berbeda. Untuk model A (dibuat dengan script tipe A) paling optimum adalah script dengan jumlah face 7 dan jumlah involute point 15, sedangkan jumlah involute point lebih dari 15 tidak memberi dampak yang lebih baik. Pada compare geometri , memperbanyak titik involute lebih dari 15 tidak membuat part semakin akurat. Sehingga apabila dilakukan  penambahan  titik involute hanya  akan  menambah  waktu  untuk rendering dan  memori  dari script nya. Sedangkan  untuk  model  B, script paling  optimum  didapatkan  dengan  jumlah  loft  3  dan  jumlah involute  point 25 berdasarkan hasil analisa volume yang dilakukan. Sehingga secara keseluruhan script tipe A lebih akurat daripada script tipe B berdasarkan perbandingan terhadap standar yang ditetapkan.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  semua  pihak  khususnya  seluruh  dosen  dan  staf  di  jurusan  teknik Manufaktur POLMAN Bandung yang telah memberikan dukungan moril dan pikiran sehingga penelitian dan paper ini dapat terselesaikan. Selanjutnya penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh jajaran pimpinan di POLMAN atas ijin penggunaan segala fasilitas serta bahan pada penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Maputi,    E.S.,    Arora,  R.,  2019, “ Design  Optimization  of  a  Three-Stage  Transmission  Using  Advanced Optimization Techniques, ” International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization, 10: A8.
[2] Budynas, R.G., Nisbett, J.K., 2020, “ Shigley’s Mechanical Engineering Design , ” McGraw-Hill Education, New York.
[3] Gidado, A.Y.,  Muhammad,  I., Umar,  A.A., 2014, “ Design, Modeling and Analysis of  Helical  Gear According Bending Strength Uding AGMA and ANSYS, ” International Journal of Engineering Trends and Technology, 8(9):
495 − 499.
[4] Loginovsky,  A.N.,    Khmarova  L.I.,  2016, “ 3D Model  of  Geometrically  Accurate  Helical-Gear  Set ,” Procedia Engineering, 150: 734 – 741.
[5] Hua, Z., 2007, “ A Method for Three-dimensional precise modelling of spiral bevel gear. ” IOP Conference.Series:
Materials Science and Engineering, 382: 042048.
[6] Kawasaki, K., Tsuji, I., Gunbara, H., 2015, “ Manufacturing method of double-helical gears using CNC machining center, ”  Proceedings  of  the  I nstitution  of  Mechanical  Engineers,  Part  C:  Journal  of  Mechanical  Engineering Science, 230: 1149 – 1156.
[7] Moreno, R., Bazán A.M., 2017, “ Design Automation Using Script Language. High-Level CAD Templates in Non- Parametric Programs, ” IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 245: 062039.
[8] Autodesk,  --, “ Product  Documentation, ” https://help.autodesk.com/view/fusion360/ENU/?guid=GUID- D93DF10F-4209-4073-A2A0-4FA8788C8709, diaskses: 05 September 2021.
[9] Makridakis,  S.,  et  al.,  1982, “ The Accuracy  of  Extrapolative  (Time  Series  Methods):  Results  of  a Forecasting Competition, ” Journal of Forecasting, 1: 111 – 153.
[10] Novry,  H.,  --, “ Metrologi  Roda  Gigi, ” https://www.scribd.com/doc/40307139/METROLOGI-RODA-GIGI, diakses: 02 September 2021.