Rekayasa Mesin Cutting Sticker Berbasis CNC untuk Meningkatkan Kualitas Hasil Produksi
Abdul Syukur Alfauzi 1* , Adhy Purnomo 2 , Bambang Tjahjono 2 , Wahyu Isti Nugroho 1 , Agung N 2 , Ahmad Cholis 2 1 Teknik Mesin Produksi dan Perawatan, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang
2 Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50275 *E-mail: abdlsyukura@gmail.com
Diterima: 16-10-2022; Direvisi: 24-03-2023; Dipublikasi: 20-04-2023 Abstrak
Cutting  sticker adalah sticker yang  diciptakan  menggunakan  perangkat  mesin  yang  terhubung  dengan  komputer sebagai  media desain,  yang dilengkapi pisau untuk  memotong. Pola yang dapat diciptakan oleh  mesin ini beraneka ragam sesuai dengan desain yang dimasukkan dalam software. Tujuan penelitian  ini adalah merancang dan membuat Mesin  Cutting  Sticker  CNC  yang  berguna  bagi  UMKM  serta  menguji  kesesuaian  hasil  pemotongan  sticker menggunakan Mesin Cutting Sticker CNC. Metode  yang digunakan adalah perancangan, pembuatan, pengujian serta melakukan  perbaikan  sesuai  hasil  terbaik  dari  setiap  perlakuan.  Mesin  Cutting  Sticker  CNC  yang  kami  rancang memiliki  kelebihan  pada  pemotongan  yang  lebih  kompleks  dapat  menggabungkan  berbagai  macam  desain  sesuai warna. Hasil rancangan dan pembuatan  mesin Cutting Sticker CNC dengan  sumber input daya  12 volt, motor stepper nema  17,  Artsoft  Mach3  sebagai  microcontroller,  sistem  pergerak  sumbu  X  dan  Y  menggunakan  belt  –  pulley sedangkan sumbu Z menggunakan leadscrew. Dimensi mesin 900 x 640 x 320 (mm), work area 600 x 450 x 30 (mm). Dapat dijalankan dengan PC/laptop melalui software Mach3 dan Vetric Aspire sebagai CAD/ CAM.
Kata kunci: Mesin CNC, Cutting Sticker, Microcontroller.

## Abstract
Cutting sticker is a sticker created using a machine connected to a computer as a design medium, which is equipped with a knife for cutting. The patterns that can be created by this machine vary according to the designs entered in the software. The purpose of this research is to design and manufacture a CNC Sticker Cutting Machine that is useful for UMKM and to test the suitability of the sticker cutting results using a CNC Sticker Cutting Machine. The method used is  design,  manufacture,  test  and  make  improvements  according  to  the  best  results  from  each  treatment.  The  CNC Sticker Cutting Machine that we designed has the advantage of more complex cuts that can combine various designs according to color. The results of the design and manufacture of a CNC Cutting Sticker machine with a 12 volt power input source, a Nema 17 stepper motor, Artsoft Mach3 as a microcontroller, the X and Y axis movement system uses a belt - pulley while the Z axis uses a lead screw. Machine dimensions 900 x 640 x 320 (mm), work area 600 x 450 x 30 (mm). Can be run with PC/laptop via Mach3 and Vetric Aspire software as CAD/CAM.
Keywords: CNC Machine, Sticker Cutting, Microcontroller.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan  dan  kebutuhan  mesin  CNC  di  Indonesia  saat  ini  mengalami  peningkatan  pada  bidang  industri khususnya pada UMKM. Meskipun kebutuhan mesin CNC meningkat, namun harga mesin CNC Training Unit dipasaran masih cukup tinggi yakni berkisar 100-500 jutaan dan hanya memiliki luas area kerja yang kecil (30 cm x 30 cm) [1][2]. Kisaran harga tersebut tentu saja cukup mahal sehingga tidak dapat dijangkau oleh UMKM. Oleh karena itu, perlu adanya solusi untuk mengatasi hal tersebut diantaranya dengan melakukan pembuatan mesin CNC yang lebih ekonomis dengan fungsi dan ketelitian yang sama [3]. Mesin CNC Router merupakan penggabungan teknologi CNC (Computer Numerical Control) dan router, cutter yang mampu memotong bentuk-bentuk lembaran atau material lunak lainnya yang memiliki bentuk rumit dan membutuhkan ketelitian dalam Pemotongan [3][4]. Gabungan ini membentuk sebuah mesin pemotong yang  dikontrol  oleh  komputer  dengan  menggunakan  mesin  router  untuk  memotong  berbagai  bahan  seperti  kayu, komposit, aluminium, baja lunak, plastik, kaca akrilik, dan busa dengan mengadopsi teknologi CNC [5][6]. Pergerakan pemotongan dan lintasan cutter untuk sumbu X, Y, dan Z berasal dari program komputer berdasarkan gambar ataupun desain kontur lintasan yang telah dibuat [7]. Pembelajaran mata kuliah teori dan praktik Pemrograman CNC merupakan
mata  kuliah  kompetensi  di  Jurusan  Teknik  Mesin.  Oleh  karena  itu,  mahasiswa  harus  menguasai  dan  terampil menggunakan mesin CNC sesuai dengan kebutuhan industri dan mengadopsi dengan cepat perkembangan penggunaan mesin-mesin CNC secara luas [8].
Penerapan Teknologi CNC sebagai  mesin  produksi tidak  hanya  untuk proses pemotongan logam dengan  metode milling saja. Proses pemotongan kain untuk industri tekstil hampir semua menggunakan CNC [6]. Pemotongan pola pada plat baja untuk pagar rumah lebih cepat dan kualitas lebih stabil jika menggunakan metode laser cutting [9][10]. Selain itu, teknologi laser digunakan untuk mengukir atau membuat tulisan atau lukisan dikenal sebagai proses engrave [11].
Kualitas hasil pemotongan tidak ditentukan dari penerapan CNC saja, tetapi faktor pemilihan parameter yang tepat. Setiap operator harus memiliki pengalaman dalam mengatur parameter pemotongan termasuk pemilihan jenis tools [12]. Penerapan  teknologi  CNC  tentu  memudahkan  penggunaan  sehingga  seseorang  akan  fokus  terhadap  optimasi  proses pemotongannya  seperti  pemilihan  jenis  cutter  dan  kecepatannya,  laju  pemakanan,  ketebalan  pemakanan  [13].  Faktor penentuan variasi kecepatan feeding harus dipertimbangkan berdasarkan bahan yang akan diproses karena berpengaruh terhadap kekasaran permukaan [14]. Waktu proses dan kualitas hasil suatu produk pertama kali ditentukan oleh kualitas alat yang digunakan, kemudian strategi atau metode dalam pembuatannya [15].
Mesin CNC Router yang dibuat memiliki dimensi mesin 900 x 640 x 300 mm, dengan area kerja 600 x 400 x 30 mm dengan total berat keseluruhan mesin yaitu 4.6 Kg. Kelebihan  mesin yang dibuat dibandingkan dengan mesin cutting sticker lain yaitu dapat melakukan proses cutting dengan pergerakan kombinasi antar sumbu x,y, maupun z , sedangkan cutting biasa hanya dapat memotong sesuai sumbu secara melintang vertikal dan horizontal. Perlu dilakukan penelitian terkait  rancang  bangun  mesin  CNC  Router  untuk  diuji  akurasi  dimensi,  parameter  feedrate  terhadap  kualitas  maupun waktu  proses  pemotongan.  Berdasarkan  rumusan  masalah  diatas,  maka  tujuan  dari  pembuatan  rancang  bangun  mesin Mesin  Cutting  Sticker  berbasis  CNC  dapat  memotong  sesuai  pola  sticker,  menguji  hasil  kualitas  dimensi  dan  bentuk sticker, menguji parameter feedrate dan stepover terhadap waktu pemotongan.

## 2. Material dan metodologi
2.1. Perancangan dan Material Mesin CNC Router
Desain mesin CNC Router ini terdiri tiga axis dilengkapi landasan dari akriliki. Desain ini mempertimbangkan aspek penggunaan yang tidak memerlukan tenaga yang besar, tetapi memiliki desain sederhana karena kebutuhan memotong sticker dari bahan plastik dan kertas. Desain Mesin CNC Router seperti Gambar 1.
Gambar 1. Desain Mesin CNC Router 3Axis
Bahan pembuatan CNC Router terdiri dari 1) Belt  y aixs; 2) Holder rod; 3) Roller; 4)Motor stepper X axis; 5) Meja akrilik; 6) Head Carrier and stepper z axis; 7) Frame Hollow; 8) Rod 15mm; 9) Frame Y axis; 10) Cutter Spindle; 11) Motor Stepper Y axis.
Mesin CNC cutting sticker ini mempunyai spesifikasi
Frame Alumunium, acrylic, abs Machine Dimension 900 x 640 x 320 mm Working Area/Travel 600 x 400 x 150 mm Weight 4.6 kg Resolution 0.01 mm Daya Input 240 Watt Tool Holder Wood Collet, max tool diameter 10 mm Komputer Intel core 2 duo, 2GB RAM, 14” Monitor Software Mach3  CNC control

## 2.2. Metodologi Penelitian
Metodologi  Penelitian  ini  dimulai  dari  proses  perancangan  bentuk  dan  material  mesin  CNC  Router,  proses pembuatan dan perakitan komponen, Pengujian fungsi control dan pergerakan mesin, pengujian kualitas bentuk, dimensi hasil pemotongan, parameter feed dan stepover terhadap waktu proses pemotongan., hasil pengujian dilakukan analisa untuk mengetahui penyimpangan pergerakan sumbu, dan kesimpulan seperti disajikan pada Gambar 2.
Mulai Perancangan Pembuatan dan Perakitan Pengujian Fungsi Pengujian Kualitas bentuk, dimensi, parameter feed dan stepover terhadap waktu Hasil dan Pembahasan Selesai YA TIDAK Kesimpulan Gambar 2. Diagram Alir penelitian

## 2.3. Pengoperasian Mesin
Pengoperasian  merupakan  tata  cara  dalam  mengoperasikan  alat  dari  awal  sampai  didapatkan  produk  akhir  yang sesuai. Langkah - langkah pengoperasian mesin Cutting Sticker berbasis CNC sebagai berikut:
1. Posisikan mesin CNC router dekat dengan sumber listrik.
2. Nyalakan mesin CNC router dengan menekan saklar on pada toolbox .
3. Sambungkan mesin dengan perangkat komputer bersamaan dengan instalasi program Mach3 sebagai controller.
4. Buka Aplikasi Mach3.
5. Input G-Code yang sudah dibuat di aplikasi vectric.
6. Tentukan titik nol pada sumbu X, Y dan Z.

## Gambar 3. Tampilan Layar Aplikasi Mach3
Keterangan :
No.1 = Tampilan G-Code yang dibuat
No.2 = Setting X, Y dan Z No.3 = Tampilan bidang kerja berdasarkan G-Code
No.4 = Tombol Controller
No.5 = Sebagai setting sensor tambahan
No.6 = Setting kedalaman pemakanan No.7 = Setting kecepatan putar spindle
7. Jalankan program NC file dengan cara klik tombol “ Cycle Start” .
8. Saat proses permesinan, apabila terjadi pergerakan yang tidak sesuai mesin dapat diberhentikan dengan menekan tombol “ Feed Hold” untuk menjeda atau tombol “ Stop” untuk menghentikan gerakan.
9. Jika langkah pengerjaan program NC file semuanya telah selesai, secara otomatis mesin CNC akan berhenti.
10. Lepas benda kerja, lalu pastikan hasil pengerjaan sesuai dengan gambar yang dibuat.
3. Hasil dan pembahasan
3.1. Pengujian Pergerakan Sumbu X, Y dan Z
Pengujian  pada  sumbu  mesin  ini  adalah  sebuah  uji  coba  untuk  mengetahui  fungsi  dari  motor stepper dalam menggerakkan sumbu X, Y dan Z pada mesin. Tujuannya untuk melihat apakah mesin bergerak sesuai dengan perintah atau adakah terjadi penyimpangan sumbu pada mesin.
Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan  didapat  bahwa  prosentase error terbesar  ada  pada  sumbu  X dengan hasil rata-rata 1.25%, dan prosentase error terkecil dimiliki oleh sumbu  Z dengan hasil rata-rata 0.27%. Hasil pengujian menunjukkan penyimpangan terbesar hingga 0.04 mm sudah melampaui batas nilai toleransi mesin yaitu 0.01 mm, sehingga diperlukan kalibrasi penyimpangan gerakan sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z agar mesin dapat bekerja dengan optimal.
Gambar 4. Grafik hasil pengukuran penyimpangan pergerakan sumbu X
Gambar 5. Grafik hasil pengukuran penyimpangan pergerakan sumbu Y
Gambar 6. Grafik hasil pengukuran penyimpangan pergerakan sumbu Z
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 Data 5 (%) Error -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 (%) Error -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 Data1 Data2 Data3 Data4
Data5
3.2. Pengujian Kesesuian Bentuk Produk
Pengujian ini memiliki tujuan mengetahui kesesuian dimensi produk yang dihasilkan dari mesin CNC cutting sticker sesuai dengan dimensi pada program. Program yang diujikan sebanyak 3 kali pengujian setiap bentuknya. Bentuk yang diuji  yaitu:  lingkaran,  persegi  dan  segitiga.  Proses  pengujian  dilakukan  dengan  mengukur  hasil  akhir  produk menggunakan  alat  ukur  yaitu  jangka  sorong  dan  dengan  membandingkan  bentuk  hasil  pada  setiap  percobaannya. Berdasarkan  hasil  pengujian  kesesuian  dimensi  produk  didapatkan  data  error  sebesar  0  mm.  Dimensi  produk  yang dihasilkan tidak ditemukan penyimpangan dibandingkan dimensi yang diinginkan pada disain program.
Gambar 7. Hasil Pengujian Dimensi
3.3. Pengujian Feedrate Terhadap Waktu
Proses pengujian ini merupakan uji coba untuk mengetahui pengaruh federate terhadap waktu dan kehalusan produk.
Tabel 1. Hasil Pengujian Feedrate Terhadap Waktu
No Feedrate (mm/s) Waktu Program Waktu Real 1 50 8” 10” 2 100 7” 8” 3 150 5” 6”
Berdasarkan  pengujian  yang  telah  dilakukan  didapati  bahwa  semakin  kecil  nilai  dari feedrate yang  diinput  pada program maka waktu pengerjaan akan semakin lama dengan hasil produk lebih detail dan pemotongannya halus. Namun, jika  nilai feedrate yang  diinput  pada  program  semakin  besar  maka  waktu  pengerjaan  akan  semakin  cepat  dan  hasil pemotongan produk sedikit kasar.
3.4. Pengujian Step Over Terhadap Waktu
Pengujian step over merupakan uji coba untuk mengetahui pengaruh Step over terhadap waktu dan hasil produk. Hasil pengujian yang sudah dilakukan didapat kesimpulan bahwa semakin kecil nilai step over yang diinput pada program maka waktu pengerjaannya akan semakin lama dengan hasil produk lebih detail. Namun, jika nilai step over yang diinput pada program semakin besar maka waktu pengerjaan akan lebih cepat.
Tabel 2. Hasil Pengujian Step Over Terhadap Waktu No Step Over (mm) Waktu Program Waktu Real 1 0.1 6” 8” 2 0.3 4” 5” 3 0.5 3” 4”

## 4. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari semua proses pembuatan mulai dari perancangan sampai pengujian rancang bangun  mesin Cutting  Sticker berbasis CNC  adalah  hasil  penelitian  menunjukkan  terdapat  penyimpangan  pergerakan sumbu dengan toleransi 0.04-0.01 mm. Semakin tinggi feedrate maka semakin cepat waktu pemotongan tetapi  kualitas pemotongan lebih kasar. Semakin kecil nilai stepover maka semakin detail hasil pemotongan tetapi semakin lama waktu pemotongan yang diperlukan.

## Daftar Pustaka
[1] Yusril, Muh., Rancang Bangun Mesin CNC Router. Jurnal Teknologi, Manufaktur dan Industri. 2021.
[2] Zulfikar,  Usmardi,  Hanafi.  2018.  Rancang  Bangun  Milling  dan  Drilling  Sederhana  dan  Murah.  Lhokseumawe: Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe.
[3] Emiawan, Puguh., dkk. Akurasi Mesin CNC Router Low Budget Berbasis Mach 3. Rotor. 2022 November : Vol 15. No 2. P 70.
[4] Setiawan, Bambang., Rasma., Djunaedi, Thomas. Rancang Bangun Mesin CNC Router Portable Dengan Dimensi 1219x609 mm Untuk Skala laboratorium. INFOMATEK. 2020 Juni: Vol 22, No 1. Pp.15-22.
[5] H,  Budhi  Andre.,  Qurahman,  M  Taufiq.,  H,  Rasyid  Abdurrahman.  Desain  Mesin  CNC  Router  3  Axis  Berbantu Perangkat Lunak Autodesk Inventor. Nozzle: Journal Mechanical Engieering. 2021 Januari: Vol 10, No.1.
[6] Widiyaningsih,  2021.  Proses  Pengoperasian  Mesin  Running  Saw  Menggunakan  Computer  Numerical  Control (CNC) (Studi Kasus di PT. Sejin Lestari Furniture). Aisyah Journal of Informatics and Electrical Engineering, Vol. 3 (1) pp. 75-87.
[7] Zulfikar,  Zoro  dan  Syafri.  2017.  Proses  Produksi  Prototipe  Mesin  CNC  Router  3-axis.  Riau:  Teknik  Mesin Universitas Riau.
[8] Fajar, Ilham, dkk. 2019. Pengembangan Mesin  CNC Router 4-Axis Guna Mendukung Produksi Industri Kreatif. Semarang: Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang.
[9] Nugroho, Adi., Sujadi. Pengaruh Penggunaan Mesin CNC Router Terhadap Waktu Standar Pengerjaan Ornamen Desain Interior. Jurnal Rekayasa Sistem Industri. 2019 Mei: Vol 4. No.2. P 86.
[10] Munadi,  M.,  Syukri,  A.,  Setiawan,  J.  D.,  and  Ariyanto,  M.,  2018.  Rancang-bangun  prototipe  mesin  CNC  laser engraving dua sumbu menggunakan diode laser. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Vol. 13 (1) pp. 32-37.
[11] Putra, I. M., and Viola, R. O., 2022. Manufacturing System Design of a CNC Laser Engraver. Jurnal Teknik Mesin, Vol. 12 (1) pp. 32-38.
[12] Soundrapandian, E., 2021. Experimental Investigation on Bead Geometry Parameter and Mechanical Property of Part Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing. Journal of Engineering Research, (ICMMM Special Issue) pp. 1-15.
[13] Wijaya, Kusuma Dewa., Suprijono, Herwin., Nugroho, Satriyo Dony. Optimasi Proses Cutting Mesin CNC Router G-Weike WK1212 dengan Metode Full Factorial Design dan Optimasi Plot Multi Respon. Jurnal Penelitian dan Aplikasi Sistem dan Teknik Industri. 2020 April: Vol 16. No.1. pp.1-14.
[14] Yusuf, M., and Carles, H., Analisa Kekasaran Permukaan terhadap Kekerasan Material pada Proses Milling dengan Variasi Kecepatan Feeding. Jurnal Teknik Mesin Mercu Buana.2019: Vol 8 (2),pp 57-63.
[15] Cross, Nigel. 2008. Engineering Design Methods: Strategies for Product Design 4th Edition. New York: John Wiley & Sons, Ltd.