Penerapan Reverse Engineering pada Analisa Tegangan

## Bracket Engine Mounting
Sholikin 1, a dan Carolus Bintoro 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Presiden, Bekasi, Jawa Barat, Indonesia
2 Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung, Bandung, Jawa Barat, Indonesia
a m.sholikin.ms@gmail.com
Abstract. The objective of reverse engineering process in the manufacturing field is to reproduce or re-create  an  existing  model.  There  are  three  stages  in  the  research  process:  data  acquisition,  3D modeling and design analysis. The results of the data capture acquisition form 3D products in .stl format.  From  this  data  is  making  3D  models,  the  level  of  deviation  from  the  geometry  created showing  the  quality  of  the  results  of  the  3D  bracket.  The  deviation  was  -0.8  mm  in  cross  section runner. Geometry 3D design bracket and then analyzed using the finite element method software. For material testing bracket using the spectrometer, the type of material is aluminum AC4CH. The results of stress analysis testing in the bracket indicates there is high stress concentration at the center of the bracket. It demonstrates that the bracket will crack with the application of F 44.1 kN.
Keywords. Reverse Engineering, Bracket Engine Mounting, 3D Model, CAE, CAM.
Abstrak. Reverse  engineering adalah  sebuah  proses  dalam  bidang manufacturing yang  bertujuan untuk mereproduksi atau membuat ulang model yang sudah ada. Terdapat tiga tahapan dalam proses penelitian yaitu data acquisition , 3D modeling dan analisa design . Hasil dari data aqusition berupa capture  3D produk  dalam  format  .stl.  Dari  data  ini  dilakukan  pembuatan 3D  model ,  tingkat penyimpangan dari geometri yang dibuat menunjukkan kualitas dari hasil 3D bracket . Penyimpangan terbesar  adalah  -0.8  mm  pada  bagian  potongan  runner.  Geometri 3D  bracket kemudian  dilakukan analisa design dengan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan perangkat lunak. Untuk pengujian material bracket dengan menggunakan spectrometer , jenis materialnya adalah alumunium AC4CH. Analisa pengujian tegangan pada bracket menunjukan terdapat konsentrasi tegangan yang tinggi pada bagian tengah bracket. Hal ini menunjukkan bracket akan crack dengan penerapan F 44.1 kN.
Kata kunci. Reverse Engineering , Bracket Engine Mounting , 3D Model , CAE , CAM .

## Latar Belakang
Reverse  engineering dimulai  dengan  produk  sedangkan  rekayasa  maju  adalah  meneliti  suatu produk  dan  diakhiri  dengan  suatu  produk.  Rekayasa  maju  ( forward  engineering )  lazim  dilakukan dalam  menciptaan  dan  membuat  suatu  produk,  sedangkan  reverse  engineering  menciptakan  dan membuat produk dengan cara mengkopi dari produk tersebut.Dengan menggunakan bantuan software CAD, produk dapat digambarkan dalam bentuk produk digital, sehingga dapat dianalisisa. Reverse engineering dapat  dimanfaatkan  untuk  mengevaluasi  sistematis  dari  suatu  produk  dengan  tujuan replika  atau  pembuatan  model  baru  karena  bagian  yang  rusak  umumnya  terlalu  mahal  untuk mengganti atau tidak tersedia lagi[1].
Banyak metode yang dapat dilakukan dalam reverse engineering suatu produk atau barang. Salah satu metode yang sering dilakukan adalah dengan mendapatkan 3D modeling suatu produk dengan cara melakukan proses scanning . Produk ini di scan menggunkan laser 3D scanner dimana output dari proses tersebut adalah data berupa capture produk, biasaya dalam format file stl .
Dari  data  ini  kemudian  diolah  dan  dibuatlah 3D modeling  dengan  bantuan software CAD. 3D modeling ini  menggambarkan  bentuk  dan  ukuran  dari  produk  tersebut.  Sebelum  membuat  atau mengembangkan  suatu  produk,  hal  yang  harus  dilakukan  adalah  memastikan  bahwa design atau gambar dari produk tersebut  benar  –  benar sudah sesuai dengan requirement yang ditentukan atau diharapkan. Untuk itu design tersebut sebaiknya dilakukan pengujian menggunakan metode elemen hingga  dengan  bantuan  komputer,  seperti  analisis  menggunakan  ( Computer  Aided  Engineering ) CAE.  Dalam  makalah  ini  akan  dibahas  mengenai reverse  engineering dan  analisa  tegangan  dari produk  yang  telah  dimodelkan.  Produk  tersebut  adalah bracket  engine  mount . Engine  mounting merupakan  salah  satu  komponen  penting  dalam  kendaraan  roda  empat,  dimana  komponen  ini berfungsi untuk meredam getaran pada chasis kendaraan, mesin juga tidak terlalu bergetar apabila kendaraan sedang bergerak.
Reverse  engineering atau  rekayasa  mundur  adalah  sebuah  proses  dalam  bidang manufacturing yang bertujuan untuk mereproduksi atau membuat ulang model yang sudah ada baik komponen, sub asemmbly ,  atau  produk  tanpa  menggunakan  data  –  data  dokumen design atau  gambar  kerja  yang sudah ada [2]. Reverse engineering juga didefinisikan sebagai proses untuk mendapatkan model CAD ( Computer  Aided  Design )  geometris  dari 3-D poin  yang  diperoleh  dari  scanning  atau  digitalisasi produk yang sudah ada [3].

## Metodologi Penelitian
Langkah  pertama  yang  dilakukan  sebelum  masuk  ke  tahap scanning dan  pemodelan  dengan metode  elemen  hingga  adalah  menghitung  manual  tegangan  yang  terdapat  pada bracket  engine mounting tersebut. Bagian yang dihitung antara lain tegangan,  hukum Hooke dan konstanta pegas. Pada perhitungan tegangan, benda yang mengalami deformasi akibat gaya dari luar, molekulnya akan membentuk  tahanan  terhadap  deformasi.  Tahanan  ini  per  satuan  luas  disebut  dengan  tegangan. Tegangan yang bekerja pada suatu penampang didefinisikan sebagai berikut.
(1)
Dimana :
σ = Tegangan (N/m 2 ) P = Beban atau gaya (N)
A = Luas Penampang (m 2 )
Perhitungan selanjutanya adalah hukum Hooke yang berbunyi :”Jika benda dibebani dalam batas elastisitas, maka tegangan berbanding lurus dengan regangannya”.Tegangan berbanding lurus dengan regangan, dalam daerah elastisnya, yaitu :
(2)
Dimana :
E = Modulus elastisitas atau modulus young (N/m 2 ), σ = Tegangan ( N/m 2 ) ε = Regangan L = Luas penampang suatu bahan (m 2 ), ΔL = Pertambahan panjang ( m ) Modulus elastisitas menunjukkan tingkat elastisitas bahan.
Pada  konstanta  pegas  menunjukkan  kekuatan  dari  suatu  pegas.  Semakin  besar  nilai  konstanta pegas,  maka  semakin  sulit  untuk  menarik  atau  menekan  pegas  tersebut.  Persamaan  dari  kosntanta pegas yang berhubungan dengan modulus young adalah :
(3)
Dimana :
k = Konstanta atau tetapan pegas (N/m)
Bolt merupakan salah satu fastener yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Dalam kebanyakan situasi dan kondisi terdapat hubungan yang relatif sederhana antara torsi yang diterapkan pada baut atau mur dan gaya yang diciptakan di dalamnya, sehingga dapat dirumuskan sebagi berikut.
T = K x d x F (4)
Dimana : T = Torsi ( Nm), d = Diamater baut ( m), F = Gaya ( N), K = Nut factor
Tabel 1. Nilai K
Langkah  yang  dilakukan  dalam  melakukan  reverse  engineering  dan  analisa  yang  ditunjukan  pada bagan yang terdapat pada Gambar 2.

## Hasil dan Analisis

## 3D Scanning (Data Acquisition)
Tujuan : untuk mendapatkan capture model dalam bentuk model 3D dengan format .stl.
Gambar 2. Proses scanning

## 3D Modeling
Hasil  dari  proses scanning berupa  data  stl  file,  dari  data  ini  kemudian  dilakukan  pembuatan permodelan 3D. Tahapan pembuatan geometri 3D model :
a. Segmentation
Data could point kemudian dijadikan polygon mesh untuk mendapatkan karakteristik meshing . Bentuk mesh adalah triagulasi. Jumlah point set : 694.462 point
Fungsi  dari  segmentation  ini  adalah  sebagai  referensi  untuk  pembuatan  datum  atau  proses alignment pandangan. Fungsi yang lainnya untuk  pembuatan surfacing or solid model (primitives) berdasarkan region yang dihasilkan.

## b.  Alignment
Alignment menentukan pandangan dan plane dari produk yang akan di buat 3D model nya.
Gambar 4. Segmentation Gambar 5. Alignment
c. Surface dan Solid Model
Mesh sketch akan menampilkan dan mengidentifikasi countur atau profil dari bagian stl produk yang telah di meshing berdasarkan posisi terhadap plane yang dibuat. Profil ini kemudian dijadikan sebagai referensi dalam pembuatan sketch .
Gambar 6. Plane & sketch
d.  Penyimpangan
Penyimpangan  menunjukkan  seberapa  besar  penyimpangan  surface  atau  geometri  yang  telah dibuat terhadap actual part (data stl hasil scanning).

## Gambar 7. Penyimpangan
Anak  panah  menunjukan  tingkat  penyimpangan  yang  cukup  besar  dengan  rata  –  rata penyimpangan - 0.8mm. Hal ini dikarenakan pada bagian tersebut, terdapat sisa runner dari proses casting. Pengecekan material ditunjukkan pada Tabel 2.

## Tabel 2. Komposisi Kimia diukur dengan Optical Spectrometer

## CAE
Dari  geometri  3D  model  yang  dibuat,  kemudian  dilakukan  analisa  design  dengan  menggunakan metode  elemen  hingga  dengan  bantuan  perangkat  lunak.  Analisa  ini  bertujuan  untuk  mengetahui konsentrasi tegangan pada design dengan penerapan beban tarik.

## Gambar 8. Posisi gaya
F = 44.1 kN
Perhitungan F bolt .
Torsi : 83 Nm Persamaan untuk mencari F yang diberikan pada bolt yaitu :
T = K x d x F ,K : 0.2 d : 12 mm = 0.012 m F = 34583.33 N

## Perhitungan tetapan pegas
Diameter bolt = 12 mm = 0.012 m, Radius = 0.006 m L bolt = 66.1 mm = 0.0661 m, E = 200 GPa = N/m 2
A = π . r 2 = 3.14 x 0.0062 = 1.1304 x 10 -4 m 2 k = 342027231.5 N/m = 342027.2315 N/mm

## Kesimpulan
1. Reverse engineering dilakukan untuk membuat geometri model berdasarkan actual part dengan melakukan proses 3D scanning .
2.  Hasil dari 3D scanning berupa capture 3D model yang dapat di export ke dalam file . stl.
3.  Tingkat penyimpangan dari geometri yang dibuat menunjukkan kualitas dari hasil 3D modeling. Penyimpangan terbesar adalah -0.8 mm pada bagian potongan runner.
4.  Pengujian  material bracket dengan  menggunakan spectrometer ,  jenis  materialnya  adalah alumunium AC4CH.
5.  Analisa pengujian tegangan pada bracket menunjukan terdapat konsentrasi tegangan yang tinggi pada bagian tengah bracket. hal ini menunjukkan bracket akan crack dengan penerapan F 44.1KN.

## Daftar Pustaka
[1]  Bagci,  E.  Reverse  Engineering  Applications  for  Recovery  of  Broken  or  Worn  Parts  and Re-manufacturing:  Three  case  studies.  Advances  in  Engineering  Software,  v.  40,  p.  407-418, 2009.
[2]  Urbanic.R.J.dkk.  “A  Reverse  Engineering  Methodology  For  Rotary  Components  From  Point Cloud Data”. University of Wisdor. Canada, 2008.
[3] Vinesh Raja, and Kiran J. Fernandes.Reverse Engineering An Indutrial Perspective. UK: Springer Science + Business Media, 2008.
[4]  Kumar,  A.,  Jain,  P.K.  &  Pathak,  P.M.  Reverse  Engineering  in  Product  Manufacturing:  An Overview, Chapter39.Vienna : DAAAM International Scientific Book, 2013.
[5] https://id.m.wikipedia.org/wiki/CAD. Diakses tanggal 14 Mei 2015.
[6] Laintarawan, I Putu, I Nyoman Suta Widnyana dan I Wayan Artana. Elemen Hingga . Denpasar : Universitas Hindu Indonesia, 2009.