Pengaruh Parameter CNC Laser CO2 terhadap Akurasi dan Lebar Kerf pada Material Acrylic Composite dengan Finite Element Method
ZHAFRAN TAKAHASHI ADITAMA, Dr. Ir. Benidiktus Tulung Prayoga, S.T., M.T.; Dr. Handoko, S.T., M.T.; I. Aris Hendaryanto, S.T., M.Eng.
2025 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN
Laser cutting CNC CO2 penting di
manufaktur modern namun akurasi potongannya dipengaruhi parameter seperti daya
laser, kecepatan, ketebalan material, dan posisi fokus. Ketidakakuratan
menyebabkan pemborosan material, khususnya pada clear acrylic.
Penelitian ini bertujuan mencari pengaturan optimal (daya, kecepatan,
ketebalan) untuk meminimalkan surface roughness dan lebar kerf,
serta membandingkan error antara uji makroskopik dan simulasi FEM guna
memvalidasi akurasi simulasi.Penelitian menggunakan pendekatan hybrid
simulasi FEM (ANSYS) dan eksperimen.
Parameter uji (speed, power laser,
ketebalan material) dioptimasi via desain eksperimen Taguchi L9 dan ANOVA.
Simulasi memodelkan distribusi panas (Gaussian moving heat source) dan
efek termal pada akrilik. Validasi dilakukan dengan membandingkan lebar kerf
dan kekasaran permukaan (roughness) hasil simulasi dengan uji
makroskopik pada sampel potongan.
Optimasi parameter menggunakan SN ratio
menunjukkan, Roughness minimum (Power 55W, speed
6mm/s, tebal 2mm) dipengaruhi signifikan oleh ketebalan material. Lebar kerf
minimum (Power 55W, speed 4mm/s, tebal 5mm).Validasi simulasi
memprediksi lebar kerf 787 ?m dengan error dibawah 10%. Berdasarkan
hasil simulasi dengan parameter sebelumnya yang menghasilkan reliabel (error
di bawah 10%). Parameter optimal berbeda untuk roughness (speed 6mm/s,
daya 55W, tebal 2mm) dan kerf (speed 4mm/s, daya 55W, tebal 5mm).
Namun pada kombinasi data X7 speed tinggi (8mm/s) dan daya rendah (55W)
gagal memotong material tebal 5 mm.
CNC laser CO2 cutting is
important in modern manufacturing but its cutting accuracy is affected by
parameters such as laser power, speed, material thickness, and focus position.
Inaccuracies cause material wastage, especially in clear acrylic. This study
aims to find the optimal settings (power, speed, thickness) to minimize surface
roughness and kerf width, and compare the error between macroscopic test and
FEM simulation to validate the accuracy of the simulation.The study uses a
hybrid approach of FEM simulation (ANSYS) and experiment.
The test parameters (speed, laser
power, material thickness) were optimized via Taguchi L9 experimental design
and ANOVA. The simulation models the heat distribution (Gaussian moving heat
source) and thermal effects on acrylic. Validation is done by comparing the
simulated kerf width and surface roughness with macroscopic tests on cut
samples.
Parameter optimization using SN Ratio
shows: Minimum roughness (55 W, speed 6 mm/s, thickness 2 mm) is significantly
affected by material thickness. Minimum kerf width (Power 55 W, speed 4 mm/s,
thickness 5 mm). Simulation validation predicts a kerf width of 787 ?m with an
error under 10%. Based on the results of Simulation with previous parameters
that produce reliable (error below 10%). Optimal parameters are different for
roughness (speed 6 mm/s, power 55 W, thickness 2 mm) and kerf (speed 4 mm/s,
power 55 W, thickness 5 mm). However, in the X7 data combination high speed (8 mm/s)
and low power (55 W) failed to cut the 5 mm thick material.
Kata Kunci : Laser Process, FEM (Finite Element Method), Acrylic PMMA (Polymethyl methacrylate), Composite, Moving Heat Source, Kerf, Roughness Surface, Taguchi Method.