Optimasi Parameter Laser Cutting CO₂ untuk Meminimalkan Kekasaran Permukaan dan Meningkatkan Akurasi Dimensi Material PMMA Menggunakan Response Surface Methodology
DOI:
https://doi.org/10.70609/metrotech.v4i2.7068Kata Kunci:
Laser cutting CO2, Kekasaran permukaan, Akurasi dimensi, PMMA, Respon surface methodology, Daya laser, Kecepatan potongAbstrak
Saat ini, teknologi pemotongan non-konvensional, khususnya pemotongan berbasis energi laser, semakin banyak digunakan karena menghasilkan potongan yang halus, akurat dan tanpa ada gaya potong mekanis. Salah satu teknologi laser paling luas diaplikasikan untuk pemotongan non logam adalah laser karbondioksida (CO2). Laser CO₂ ini bekerja dengan panjang gelombang sekitar 10,6 µm, yang efektif diserap oleh berbagai material polimer dan termoplastik, termasuk Polymethyl Methacrylate (PMMA). Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh daya laser dan kecepatan potong terhadap kekasaran permukaan (Ra) dan akurasi dimensi (DA) pada proses laser cutting CO₂, serta mengoptimalkan parameter tersebut untuk meminimalkan kekasaran dan meningkatkan akurasi. Metode yang dipakai dalam penelitian menggunakan Response Surface Methodology (RSM) dengan pendekatan Central Composite Design (CCD). CCD menghasilkan 13 kombinasi eksperimen yang terdiri dari 4 titik faktorial, 4 titik aksial, dan 5 replikasi di titik pusat. Polymethyl Methacrylate (PMMA) atau akrilik yang digunakan tipe bening dengan ketebalan 3 mm dan dipotong dalam ukuran 25 mm x 25 mm oleh mesin CNC laser cutting CO2 50 watt. Adapun nilai parameter dipilih 35%-55% untuk daya laser dan 5 mm/s – 10 mm/s untuk kecepatan potong. Hasil pengujian menunjukkan bahwa daya laser dan kecepatan potong berpengaruh signifikan terhadap kedua respon, yaitu kekasaran permukaan (Ra) dan akurasi dimensi (DA), dengan kecepatan potong sebagai faktor yang paling dominan, diikuti oleh daya laser. Optimasi parameter menghasilkan kombinasi terbaik pada daya laser 45,99% dan kecepatan potong 6,46 mm/s, dengan prediksi hasil Ra dan DA adalah 0,9209 µm dan 24,7939 mm. Hasil validasi membuktikan bahwa model dapat digunakan untuk pengaturan proses secara optimal dimana nilai aktual hasil optimasi didapatkan 0,851 µm untuk nilai Ra dan 24,78 mm untuk nilai DA yang mana nilai tersebut menghasilkan nilai deviasi yang rendah terhadap nilai prediksi.
Referensi
[1] I. A. Choudhury and S. Shirley, “Laser cutting of polymeric materials: An experimental investigation,” Opt. Laser Technol., vol. 42, no. 3, pp. 503–508, 2010, doi: 10.1016/j.optlastec.2009.09.006.
[2] I. Bilican and M. Tahsin Guler, “Assessment of PMMA and polystyrene based microfluidic chips fabricated using CO2 laser machining,” Appl. Surf. Sci., vol. 534, no. July, p. 147642, 2020, doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147642.
[3] S. Babo et al., “Correction to: Characterization and long-term stability of historical pmma: Impact of additives and acrylic sheet industrial production processes (Polymers 2020, 12, 2198),” Polymers (Basel)., vol. 13, no. 23, 2021, doi: 10.3390/polym13234105.
[4] A. B. Khoshaim, A. H. Elsheikh, E. B. Moustafa, M. Basha, and E. A. Showaib, “Experimental investigation on laser cutting of PMMA sheets: Effects of process factors on kerf characteristics,” J. Mater. Res. Technol., vol. 11, pp. 235–246, 2021, doi: 10.1016/j.jmrt.2021.01.012.
[5] E. Oktatian, C. N. Rosyidi, E. Pujiyanto, and E. M. Oktatian, “Optimization of CNC CO2 Laser Cutting Process Parameters on Acrylic Cutting Using Taguchi Grey Relational Analysis and Response Surface Methodology,” 2021, [Online]. Available: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1048691/v1
[6] N. Satyawardhana, M. S. Y. Lubis, and Rosehan, “Optimasi Parameter Proses Laser Cutting Terhadap Kekasaran Permukaan Material Acrylictype Clear Dengan Menggunakan Metode Taguchi,” J. Univ. Islam Sumatera Utara, vol. 1, no. 2, pp. 5–10, 2022, [Online]. Available: https://jurnal.uisu.ac.id/index.php/semnastek/article/view/5623
[7] E. Haddadi, M. Moradi, A. Karimzad Ghavidel, A. Karimzad Ghavidel, and S. Meiabadi, “Experimental and parametric evaluation of cut quality characteristics in CO 2 laser cutting of polystyrene,” Optik (Stuttg)., vol. 184, no. March, pp. 103–114, 2019, doi: 10.1016/j.ijleo.2019.03.040.
[8] K. Ninikas, J. Kechagias, and K. Salonitis, “The impact of process parameters on surface roughness and dimensional accuracy during co2 laser cutting of pmma thin sheets,” J. Manuf. Mater. Process., vol. 5, no. 3, 2021, doi: 10.3390/jmmp5030074.
[9] A. M. Varsi and A. H. Shaikh, “Experimental and statistical study on kerf taper angle during CO2 laser cutting of thermoplastic material,” J. Laser Appl., vol. 31, no. 3, 2019, doi: 10.2351/1.5087846.
[10] P. Khamar and S. Prakash, “Investigation of dimensional accuracy in CO2 laser cutting of PMMA,” Mater. Today Proc., vol. 28, no. xxxx, pp. 2381–2386, 2020, doi: 10.1016/j.matpr.2020.04.711.
[11] M. P. Groover, FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING: Materials, Processes, and Systems 5th Edition, Fifth Edit. Hoboken: Wiley, 2013.
[12] Y. Ngadiyono, D. A. Saputra, B. R. Setiadi, and P. Pardjono, “Taguchi’s Method for Optimum Cutting of Acrylic Materials on a 40-Watt CNC Laser Cutting Machine,” TEM J., vol. 14, no. 1, pp. 933–939, 2025, doi: 10.18421/TEM141-82.
[13] S. Ürgün, H. Yiğit, S. Fidan, and T. Sınmazçelik, “Optimization of Laser Cutting Parameters for PMMA Using Metaheuristic Algorithms,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 49, no. 9, pp. 12333–12355, 2024, doi: 10.1007/s13369-023-08627-6.
[14] H. K. Hasan, “Analysis of the effecting parameters on laser cutting process by using response surface methodology (RSM) method,” J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., vol. 110, no. 2, pp. 59–66, 2022, doi: 10.5604/01.3001.0015.7044.
[15] M. Moradi et al., “Capability Enhancing of CO2 Laser Cutting for PMMA Sheet Using Statistical Modeling and Optimization,” Appl. Sci., vol. 13, no. 23, 2023, doi: 10.3390/app132312601.
[16] J. D. Kechagias, K. Ninikas, P. Stavropoulos, and K. Salonitis, “A Generalised Approach on Kerf Geometry Prediction during CO2 Laser cut of PMMA Thin Plates using Neural Networks,” Lasers Manuf. Mater. Process., vol. 8, no. 3, pp. 372–393, 2021, doi: 10.1007/s40516-021-00152-4.
[17] J. D. Kechagias, N. A. Fountas, K. Ninikas, and N. M. Vaxevanidis, “Kerf Geometry and Surface Roughness Optimization in CO2 Laser Processing of FFF Plates Utilizing Neural Networks and Genetic Algorithms Approaches,” J. Manuf. Mater. Process., vol. 7, no. 2, 2023, doi: 10.3390/jmmp7020077.
[18] A. Nugroho, A. Setya Hutama, and C. Budiyantoro, “Optimasi Keakuratan Dimensi dan Kekasaran Permukaan Potong Material Akrilik dengan Proses Laser Menggunakan Metode Taguchi dan PCR-TOPSIS,” JMPM (Jurnal Mater. dan Proses Manufaktur), vol. 2, no. 2, pp. 75–82, 2018, doi: 10.18196/jmpm.2223.
[19] S. Lokesh, J. Niresh, S. Neelakrishnan, and S. P. Deepak Rahul, “Optimisation of Cutting Parameters of Composite Material Laser Cutting Process by Taguchi Method,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 324, no. 1, 2018, doi: 10.1088/1757-899X/324/1/012054.
Unduhan
Diterbitkan
Terbitan
Bagian
Lisensi
Hak Cipta (c) 2025 Muhammad Arif Nur Huda, Faradilla Fauziyah Risnawati, Rizkyansyah Alif Hidayatullah, Nicko Nur Rakhmaddian
Artikel ini berlisensi Creative Commons Attribution 4.0 International License.
