28

BAB III

METODOLOGI PERANCANGAN DAN PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Perancangan Plotter Batik Tulis Berbasis CNC

Secara garis besar proses plotter batik tulis berbasis CNC dibagi menjadi

tiga tahapan, yaitu :

1. Perancangan desain,

2. Perancangan, pembuatan dan pemrograman mikrokontroler,

3. Pembuatan produk

Dimulai dari tahap perancangan desain yakni perumusan ide atau gagasan

serta pengumpulan data-data yang diperlukan untuk desain dan konsep. Setelah

itu berlanjut pada tahap perancangan, pembuatan, dan pemrograman

mikrokontroler untuk menunjang plotter yang telah didesain sebelumnya.

Tahap terakhir adalah pembuatan produk. Ketiga kegiatan tersebut dilakukan

oleh dua orang atau dua kelompok dengan keahlian masing-masing, yaitu tim

perancangan plotter dan tim pemrograman mikrokontroler.

29

Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Pahl and Beintz

30

3.2 Perencanaan dan Penjelasan Plotter Batik Tulis

Mesin plotter batik tulis berfungsi untuk membuat corak atau pola pada kain

batik menggunakan canting yang telah terpasang pada bagian plotter. Canting

batik akan digerakkan oleh motor stepper yang terhubung dengan eretan.

Gerakan-gerakan yang dibuat oleh stepper bersumber dari sistem yang telah

diatur oleh mikrokontroler. Mikrokontroler tersebut sudah di-setting untuk

mengidentifikasi gambar batik yang dibuat dari komputer, sehingga plotter

dapat membatik secara otomatis. Posisi plotter dikondisikan agar selalu kembali

ketitik awal setelah proses membatik selesai agar tidak terjadi pergeseran garis

yang kemudian akan mempengaruhi hasil dari membatik itu sendiri.

Pada fase ini dikuumpulkan seluruh informasi tentang semua persyaratan

atau requirement yang harus dipenuhi serta kendala-kendala yang dihadapi

plotter batik. Hasil fase ini adalah spesifikasi produk yang dimuat dalam suatu

daftar spesifikasi teknis. Spesifikasi teknis terdiri dari 2 prioritas yakni,

kebutuhan (Demand) dan keinginan (Wishes). Spesifikasi teknis bisa dilihat

pada tabel 3.1 dibawah ini :

31

Persyaratan Demand

(D)

Wishes

(W) Hasil Identifikasi

Energi √ Dapat bekerja dalam jangka waktu lama

√ Daya listrik rendah

Perawatan

√ Mudah dalam perawatan

√ Kemudahan memperoleh part

√ Part tahan lama

Manufaktur

√ Biaya produksi mesin terjangkau

√ Mudah dibuat

√ Mudah dirakit

√ Mudah di bongkar pasang

Ergonomis

√ Ukuran cukup menampung lebar kain 0.5 meter √ Alat mudah di pindahkan

√ Mudah dalam pengoperasinya

Ekonomi

√ Kualitas produk yang sama dengan batik tulis

√ Dapat bekerja dalam skala industry

√ Biaya produksi lebih rendah dari batik tulis

keamanan √ Saat terjadi eror, mesin dapat dimatikan secara cepat

√ Aman untuk lingkungan sekitar Tabel 3.1 Spesifikasi Teknis

Sesuai dengan data spesifikasi teknis diatas, prinsip kerja dari mesin plotter

batik ini harus digunakan, dalam artian semua orang yang belum pernah terlatih

membatik bisa mengoprasikan mesin ini. Maka dari itu proses membatik

menggunakan mesin plotter batik bisa di lihat prosesnya seperti pada diagram

3.2 dibawah ini :

Gambar 3.2 Prinsip Proses Kerja Plotter Batik

Dalam perancangan dan pembuatan plotter batik tulis dapat pula dibuat

diagram alir perencanaan sebagai berikut :

32

Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Plotter Batik Tulis

Keterangan :

Bagian A : Dikerjakan oleh tim lain

Bagian B : Dibahas pada skripsi ini

33

3.3 Perencanaan Konsep Plotter Batik Tulis

Desain yang direncanakan bisa dilihat pada gambar 3.4 seperti dibawah ini:

Gambar 3.4 Desain Mesin Batik

Desain dari rangkaian elektronik pada plotter batik tulis merupakan

masalah pokok dalam skripsi ini. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada masalah

tersebut adalah :

Motor stepper dan eretan dapat bergerak sesuai dengan pola yang dibuat

pada komputer. Untuk itu perlu dilakukan perhitungan torsi total yang

diperlukan lead screw pada sumbu X, Y, dan Z. Torsi diperlukan untuk

menentukan tipe stepper yang sesuai.

1. Torsi eretan atas

Desain eretan atas yang akan di desain seperti pada gambar 3.4

dibawah ini :

34

Gambar 3.5 Desain Eretan Atas

Keterangan :

1. Bagian A

2. Bagian B

3. Bagian C

4. Bagian D

5. Motor stepper

6. Coupling

7. Leadscrew

8. Holder Canting

9. Spacer

10. Linear bearing

11. Canting elektrik

Untuk mendapatkan ukuran yang sesuai dengan keperluan mesin,

maka perhitungan bisa dibagi menjadi 2 bagian, yakni :

a. Lead screw dan daya motor

Lead screw yang akan dipakai adalah lead screw T8, dengan

spesifikasi sebagai berikut :

Diameter (d) = 8 mm

Picth (p) = 2 mm

35

konstanta gesek (tan Φ) = 0,15

beban canting + malam = 1 kg

Mencari nilai tan

d

p

.tan

814.3

2tan

x

tan 0.079545

Mencari gaya pengangkat beban

)tan(. WF

F

tan.tan1

tantanW

F

15,00.0795451

15,00.0795451

xx

F = 0.232317 kg

Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan

2

.d

FT

2

8 0.232317 x

kg.mm 0.92927

2. Torsi eretan samping

Desain eretan samping yang akan di desain seperti pada gambar 3.5

dibawah ini :

36

Gambar 3.6 : (a) Desain Eretan Samping ; (b) Desain Transmisi Eretan Samping

Keterangan :

1. Motor stepper

2. Poros penahan

3. Papan badan eretan atas

4. Leadscrew

5. Papan base eretan samping

6. Roll pengikat kain

7. Bracket holder

8. Plat penahan

9. Linear bearing

10. Brass nut

11. Pengunci brass nut

- Lead screw dan daya motor

Lead screw yang dipakai adalah T10 dengan picth 2mm.

Diameter (d) = 10 mm

Picth (p) = 2 mm

konstanta gesek (tan Φ) = 0,15

37

Mencari nilai tan α

d

p

.tan

1014.3

2tan

x

tan 0.063636

Beban total eretan atas setelah diperhitungan sebelumnya adalah 2

kg

Mencari daya pengangkat beban

)tan(. WP

tan.tan1

tantanW

15,00.0636361

15,00.0636362

xx

= 0.431391 kg

Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan

2.d

PT

2

10 0.431391 x

kg.mm 2.156953

3. Torsi eretan bawah

Desain eretan bawah yang akan di desain seperti pada gambar 4.6

dibawah ini :

38

Gambar 3.7 : (a) Desain Eretan Bawah ; (b) Desain Transmisi Eretan Bawah

Keterangan :

1. Eretan bawah Bagian A

2. Eretan bawah Bagian B

3. Eretan bawah Bagian C

4. Papan badan eretan bawah

5. Motor stepper

6. Leadscrew

7. Bracket holder

8. Linear bearing

9. Pengikat brass nut

10. Brass nut

39

- Lead screw dan motor

Lead screw yang akan dipakai adalah lead screw T10,

Diameter (d) = 10 mm

Picth (p) = 2 mm

konstanta gesek (tan Φ) = 0,15

Mencari nilai tan

d

p

.tan

1014.3

2tan

x

tan 0.063636

Beban total setelah dihitung : 8 kg

Mencari daya pengangkat beban

)tan(. WP

tan.tan1

tantanW

15,00.0636361

15,00.0636368

xx

= 1.725562

Torsi total yang diperlukan pada ujung lengan

2

.d

PT

2

8 1.725562 x

kg.mm 8.627811

40

Dengan mempertimbangkan torsi total, maka stepper yang

cocok untuk tugas ini adalah NEMA17 HS4401 dengan spesifikasi

sebagai berikut :

Gambar 3.8 Datasheet NEMA17 HS4401

(Sumber : https://www.kisspng.com/png-nema-17-stepper-motor-motor-controller-electric-mo-

1837727/preview.html)

Desain rangkaian elektronik dan instalasi kelistrikan yang aman dan

tidak menyebabkan hubungan arus singkat.

Pengaturan canting batik bergerak ke posisi awal setelah selesai

pembuatan pola agar terhindar dari kesalahan pembuatan pola.

41

3.4 Perancangan Bentuk

Tugas utama rangkaian elektronik ialah mengolah data gambar menjadi

bentuk koordinat (G-code) yang akan digunakan sebagai acuan untuk

menggerakkan stepper motor, eretan, dan canting batik. Perancangan sistem

kerja rangkaian elektronik yang digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.9 Sistem Kerja Rangkaian Elektronik

Untuk memenuhi spesifikasi yang diperlukan plotter batik tulis, adapun

komponen-komponen elektronik yang digunakan adalah sebagai berikut :

Chip mikrokontroler Arduino UNO R3

Motor stepper NEMA 17 HS4401

Driver motor stepper A4988

CNC Shield V3

Power supply 12V/5A

Canting elektrik

42

3.5 Perancangan Detail

Skematik rangkaian elektronik dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.10 Skematik Rangkaian Elektronik

Dari skema di atas, telah ditentukan perangkat elektronik yang akan

digunakan adalah dengan spesifikasi hardware sebagai berikut :

Powersupply 12 volt, untuk men-supply daya

Mikrokontroler Arduino UNO R3

Tiga buah stepper motor NEMA 17 HS4401 0.4NM yang disusun secara

parallel

Tiga buah driver stepper motor A4988 dan CNC Shield V3 untuk

mengontrol motor stepper

Canting elektrik untuk membuatan pola batik

Komputer Mikrokontroler +

CNC Shield

Motor

stepper Driver Stepper

Canting Elektrik

Power Supply

43

3.5.1 Cara Kerja Rangkaian Elektronik

Mikrokontroler akan mengolah input berupa data G-code yang

diubah dari desain gambar pada komputer. Mikrokontroler akan

memakai informasi tersebut untuk menggerakkan motor stepper.

Sebelum stepper dapat dikontrol secara optimal, diperlukan

pemrograman driver pada mikrokontroler. Pemrograman

menggunakan Bahasa C yang sudah disediakan oleh situs resmi

mikrokontroler Arduino maupun dari forum-forum di internet. Akan

tetapi program CNC akan otomatis diintegrasi ke mikrokontroler oleh

CNC Shield.

Gambar 3.11 CNC Coding Arduino

44

Hal ini dilakukan agar stepper yang nantinya akan menggerakkan

eretan, dapat bekerja sesuai dengan layout desain yang telah dibuat.

Eretan akan menggerakkan canting elektrik untuk melakukan

pembatikan sesuai dengan pola gambar yang dibuat pada komputer

sebelumnya.

3.5.2 Input dan Output

Input dan output pada plotter batik ini, bisa kita lihat pada diagram

blok fungsi dan diagram sub fungsi plotter batik di bawah ini :

Gambar 3.12 Blok Fungsi Plotter Batik Tulis

Gambar 3.13 Diagram sub fungsi plotter batik tulis

45

Input atau masukan dari plotter batik tulis ini ada dua. Yang pertama

adalah tenaga listrik yang digunakan sebagai sumber daya utama

rangkaian elektronik plotter batik tulis. Yang kedua, sebuah data yang

harus diproses oleh mikrokontroler yakni data berupa G-code. Data ini

didapat dari hasil konversi dari gambar dua dimensi yang dibuat pada

komputer menjadi data berbentuk koordinat.

Output yang dihasilkan pada plotter batik ini adalah gerakan

mekanik berupa goresan-goresan pada kain batik yang berbentuk pola

sesuai dengan desain pada komputer. Goresan pola ini dibuat oleh

canting elektrik yang mengeluarkan malam batik.