ANALISA TEGANGAN DAN DISPLACEMENT STRUKTUR PENOPANG CNC MINI 4-AXIS UNTUK MENJAMIN KEAMANAN OPERASIONAL

Oleh :
Fadhel Maulana Syahputra - I0422050 - Fak. Teknik

Tugas Akhir ini membahas analisis tegangan dan displacement pada struktur penopang (bed) CNC Mini 4-axis dalam rangka menjamin keamanan operasional mesin, dengan fokus pada evaluasi peningkatan performa struktural melalui penggantian material dari PVC menjadi Aluminium 6061-T6. Struktur eksisting berbahan PVC memiliki keterbatasan kekakuan dan kekuatan yang berpotensi menimbulkan deformasi berlebih serta menurunkan akurasi hasil pemesinan. Penelitian ini menggunakan pendekatan Capstone Design, dimulai dari identifikasi kebutuhan pengguna (Voice of Customer) dan House of Quality, pengembangan serta seleksi konsep desain, hingga perwujudan desain (embodiment design) yang dievaluasi melalui perhitungan teknik dasar berbasis mekanika bahan (Shigley, Beer & Johnston, Roark's) dan divalidasi menggunakan simulasi numerik Finite Element Analysis pada ANSYS Workbench. Struktur bed dimodelkan menerima beban kerja operasional sebesar 60 N, merepresentasikan gaya berat total komponen spindle, sistem sumbu-Y, dan benda kerja ditambah komponen vertikal gaya pemotongan, diterapkan sebagai beban terdistribusi merata pada area kerja permukaan bed. Perhitungan analitik, dengan mengasumsikan bed dan side frame menyatu sempurna sebagai satu penampang komposit, menghasilkan tegangan lentur maksimum 0,4528 MPa dan faktor keamanan 609,50, sementara simulasi numerik pada mesh terkonvergensi (mesh 4) menghasilkan tegangan von Mises maksimum 54,613 MPa dan faktor keamanan 5,05. Deviasi besar ini menegaskan bahwa kekakuan sambungan aktual berada jauh di bawah asumsi komposit sempurna, sehingga hasil numerik dijadikan acuan utama evaluasi kelayakan struktur. Perpindahan maksimum hasil simulasi sebesar 1,3613 mm, jauh lebih besar dibandingkan hasil analitik idealisasi komposit (0,0031 mm), menegaskan pentingnya validasi numerik. Tinjauan analitik tambahan pada jalur material antar slot-T menghasilkan faktor keamanan SF = 1,89, margin paling tipis di antara seluruh tinjauan analitik, sekaligus mengonfirmasi lokasi kritis yang sama dengan titik tegangan maksimum hasil simulasi numerik. Evaluasi variasi beban hingga 120 N menunjukkan struktur tetap berada pada daerah elastis, dengan kondisi luluh diperkirakan baru tercapai pada beban sekitar 303,2 N. Aluminium 6061-T6 juga memberikan peningkatan kekakuan hingga 24,6 kali dibandingkan PVC pada geometri identik. Struktur bed berbahan Aluminium 6061-T6 dinyatakan memenuhi kriteria keamanan struktural (FoS ≥ 1,5) pada kondisi operasi normal, dan desain rinci meliputi dimensi final, pemilihan material, toleransi, serta Bill of Materials telah disusun sebagai dasar tahap fabrikasi fisik selanjutnya.