computer numerical control (CNC)

Apa itu Computer Numerical Control (CNC)?

Computer Numerical Control (CNC) adalah metode manufaktur yang mengotomatiskan kontrol, pergerakan, dan presisi alat mesin melalui penggunaan perangkat lunak komputer yang sudah diprogram sebelumnya, yang tertanam di dalam alat tersebut.

CNC sering digunakan dalam industri manufaktur untuk pemesinan bagian logam dan plastik. Beberapa alat pemotong yang umum menggunakan CNC termasuk mesin milling, bubut, router, bor, gerinda, water jet, dan laser. Selain itu, CNC juga bisa digunakan untuk mengontrol alat non-mesin, seperti mesin las, perakitan elektronik, dan mesin penggulungan filamen.

Bagaimana Computer Numerical Control Bekerja?

Dalam sistem CNC, setiap objek yang akan diproduksi memiliki program komputer khusus, biasanya ditulis dalam bahasa standar internasional yang disebut G-code, yang disimpan dan dijalankan oleh unit kontrol mesin (MCU), yaitu sebuah mikrokomputer yang terhubung ke mesin. Selain G-code, bahasa M-code juga digunakan dalam operasi CNC.

G-code mengontrol pergerakan dan fungsi mesin, sementara M-code mengatur pergerakan eksternal operasi. Program ini juga mencakup instruksi dan parameter yang harus diikuti alat mesin, seperti kecepatan pemotongan material serta posisi dan kecepatan komponen alat.

Pada tahap awal, insinyur membuat desain berbantuan komputer (CAD) dari bagian yang akan diproduksi, lalu menerjemahkannya ke dalam G-code. Program ini kemudian dimuat ke dalam MCU, dan operator mesin melakukan uji coba tanpa material mentah untuk memastikan posisi dan kinerja yang benar. Langkah ini penting karena kecepatan atau posisi yang salah dapat merusak mesin maupun benda kerja.

Setelah semuanya siap, mesin CNC menjalankan programnya dan menyelesaikan pekerjaan dengan presisi sesuai instruksi. Pekerjaan ini bisa berupa pembuatan dari awal, pemotongan benda kerja, atau pencetakan suatu produk.

Mengapa Computer Numerical Control Penting?

Kontrol numerik memungkinkan mesin untuk memproduksi barang dengan lebih cepat dan hasil akhir yang lebih baik tanpa perlu pemesinan manual atau keterlibatan manusia yang banyak.

Berikut beberapa keuntungan sistem CNC:

• Pengurangan biaya. Mesin CNC lebih hemat biaya dan menekan biaya produksi karena kemampuannya dalam pemesinan presisi. Konsumsi energi berkurang berkat peningkatan efisiensi produksi, skalabilitas, dan minimnya limbah material, sehingga biaya operasional juga lebih rendah. Risiko keuangan terkait keselamatan pekerja juga berkurang.
• Pengurangan limbah. Perangkat lunak yang digunakan dalam berbagai jenis mesin CNC memungkinkan optimasi berulang dan simulasi, sehingga menghasilkan limbah produksi yang sangat sedikit atau bahkan nol.
• Keamanan pekerja yang lebih baik. Mesin CNC mengurangi risiko kecelakaan kerja karena interaksi manusia lebih sedikit. Sebagian besar mesin CNC modern dapat beroperasi secara mandiri dan hanya memerlukan pengawasan untuk pembaruan perangkat lunak, perubahan desain, atau pemeliharaan preventif.
• Pengurangan kesalahan manusia. Karena proses manufaktur dilakukan tanpa campur tangan manusia, CNC menawarkan presisi, kompleksitas, kecepatan, fleksibilitas, dan repetisi yang lebih tinggi, yang pada akhirnya mengurangi jumlah produk cacat.
• Pemrosesan bentuk kontur. CNC memungkinkan pemrosesan bentuk kontur, termasuk pemesinan bentuk 3D dan desain yang kompleks.
• Pemrograman MCU yang lebih cepat. Beberapa sistem CNC terintegrasi dengan perangkat lunak CAD dan manufaktur berbantuan komputer, sehingga mempercepat proses pemrograman MCU.
• Inteligensi operasional yang lebih baik. Integrasi dengan perangkat lunak enterprise resource planning dan aplikasi terkait, seperti enterprise asset management, membantu proses intelijen operasional dan bisnis serta meningkatkan kinerja dan pemeliharaan pabrik.
• Tidak ada kemacetan produksi. Tingkat otomatisasi yang lebih tinggi dalam sistem CNC mengurangi hambatan dalam produksi dan manufaktur, sehingga hasil akhir lebih optimal.

Meskipun menawarkan banyak manfaat, mesin CNC cenderung lebih mahal, membutuhkan lebih banyak perawatan dibandingkan metode produksi lainnya, serta memerlukan tenaga kerja yang terampil dalam pemrograman CNC.

Penerapan Penting Computer Numerical Control

CNC memiliki peran krusial di berbagai industri penting seperti medis, kedirgantaraan, militer, dan pertahanan. Dalam industri ini, kegagalan komponen bisa berakibat fatal, sehingga presisi tinggi sangat diperlukan, dan mesin CNC mampu memenuhi kebutuhan tersebut.

Berikut beberapa industri yang menggunakan mesin CNC:

Kedirgantaraan

Tingkat akurasi yang tinggi dalam manufaktur komponen pesawat sangat bergantung pada CNC, baik untuk bagian luar maupun bagian dalamnya. Komponen dalam industri kedirgantaraan sering kali bersifat mission-critical, sehingga harus dibuat dengan presisi tinggi. Standar ketat terkait kerataan, kebulatan, dan silindrisitas hanya bisa dicapai dengan pemesinan berbantuan komputer. Bahkan, toleransi sekecil 0,00004 inci bukanlah hal yang aneh.

Beberapa material yang umum digunakan dalam pemesinan CNC untuk industri kedirgantaraan meliputi aluminium, baja tahan karat, kuningan, nikel, perunggu, keramik, plastik, magnesium, titanium, serta paduan berkinerja tinggi seperti Inconel dan Kovar.

Berikut beberapa contoh komponen yang dibuat dengan CNC dalam industri kedirgantaraan:

• Komponen roda pendaratan.
• Pelindung titanium.
• Sirip aerodinamis.
• Bantalan.
• Rakitan stator.
• Manifold.
• Rumah girboks magnesium.
• Konektor listrik.

Peralatan Medis

Untuk memenuhi kebutuhan pasien, industri medis sangat bergantung pada produk yang spesifik, akurat, dan berkualitas tinggi yang diproduksi menggunakan mesin CNC. Selama pandemi COVID-19, ketika permintaan terhadap produk medis seperti masker dan respirator meningkat, ketergantungan terhadap mesin CNC juga bertambah. Peralatan medis sekali pakai sering digunakan untuk mencegah penyebaran penyakit menular selama perawatan medis. Oleh karena itu, pemanfaatan CNC dalam industri medis menjadi semakin penting untuk meningkatkan dan mempercepat produksi produk medis.

Contoh umum produk yang dibuat menggunakan mesin CNC meliputi:

• Mesin pencitraan resonansi magnetik (MRI).
• Implan.
• Perangkat ortotik.
• Kotak elektronik untuk perangkat pemantauan.
• Peralatan penelitian.
• Kotak pelindung.
• Komponen dari plastik tahan suhu tinggi.
• Instrumen medis.
• Kemasan steril yang disesuaikan.
• Produk yang disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA).

Industri Otomotif

Salah satu pasar utama bagi teknologi CNC adalah industri otomotif. Setiap tahap dalam manufaktur kendaraan, mulai dari pembuatan prototipe dalam riset dan pengembangan hingga produksi massal suku cadang, sangat terbantu oleh pemanfaatan mesin CNC.

Berbagai komponen, mulai dari bagian besar blok mesin hingga roda gigi kecil dan panel, diproduksi menggunakan mesin milling CNC dan mesin bubut. Dalam satu mesin pembakaran internal saja, beberapa mesin CNC dibutuhkan untuk mengubah blok logam besar menjadi panel bodi mesin serta memproduksi silinder, piston, dan berbagai komponen lain dalam rakitan silinder.

Beberapa komponen yang dibuat menggunakan CNC antara lain:

• Gearbox.
• Komponen mesin.
• As roda.
• Katup.
• Panel dashboard.
• Blok silinder.
• Pengukur bahan bakar.

Elektronik

Teknologi CNC sangat berguna dalam industri elektronik karena tingkat akurasi dan fleksibilitasnya. Mesin CNC dapat memproses berbagai material, baik konduktif maupun nonkonduktif, serta berbagai jenis polimer. Teknologi ini menghilangkan kebutuhan akan tahap peralatan pra-produksi, yang mempercepat produksi komponen elektronik. Desain juga dapat dengan mudah dimodifikasi dan diiterasi dengan pengawasan minimal. Dilaporkan bahwa Apple memiliki 10.000 mesin CNC dan memproduksi laptop menggunakan CNC dalam skala besar.

Beberapa contoh komponen elektronik yang diproduksi menggunakan mesin CNC antara lain:

• Elektronik konsumen.
• Semikonduktor.
• Pendingin (heat sink).
• Papan sirkuit cetak.
• Isolasi listrik.
• Kotak penguat (amplifier housing).
• Perisai gangguan frekuensi radio.

Industri Minyak dan Gas

Mesin CNC digunakan dalam perancangan peralatan besar yang dipakai dalam rig pengeboran dan kilang minyak untuk memastikan kesesuaian yang presisi. Jika terdapat kesalahan dalam pembuatan, bisa menyebabkan silinder tidak terisi dengan baik, piston tidak memberikan tekanan yang tepat, atau katup mengalami kebocoran. Oleh karena itu, perusahaan di sektor petrokimia menggunakan komponen hasil produksi CNC untuk memastikan kecocokan yang optimal.

Beberapa contoh komponen yang dibuat menggunakan mesin CNC antara lain:

• Mata bor.
• Batang pengeboran.
• Piston.
• Katup.
• Komponen hidrolik.
• Sistem perkatupan.

Industri Maritim

Karena memerlukan komponen yang sangat presisi agar kapal tetap beroperasi dengan baik dan aman, industri maritim sangat bergantung pada teknologi CNC. Kapal membutuhkan berbagai peralatan, termasuk sensor bawah air dan perangkat komunikasi. Oleh sebab itu, industri ini mengandalkan presisi CNC dalam pembuatan kapal dan peralatan laut lainnya.

Beberapa komponen umum yang dibuat menggunakan mesin CNC antara lain:

• Baling-baling kapal.
• Kotak insulasi.
• Komponen mesin kapal.
• Cetakan prototipe.
• Rangka kapal.
• Struktur penunjang kapal.

Sejarah Computer Numerical Control (CNC)

Dalam beberapa dekade terakhir, teknologi CNC telah berkembang dari mesin yang dikendalikan menggunakan pita punch menjadi mesin yang menerima input pemrograman CNC dan mampu mencetak komponen 3D dengan tingkat presisi tinggi.

Asal-usul mesin CNC dapat ditelusuri kembali ke John Parsons, yang pada tahun 1949 menciptakan mesin kontrol numerik pertama yang bekerja menggunakan kartu punch untuk menentukan pergerakan mesin. Pada tahun 1952, tim peneliti dari Massachusetts Institute of Technology memperkenalkan Cincinnati Milacron Hydrotel, mesin CNC komersial pertama.

Hak paten pertama untuk mesin CNC diberikan pada tahun 1958.

Proses additive dan subtractive manufacturing memiliki perbedaan mendasar, tetapi juga saling berkaitan. Temukan perbedaan utama antara kedua metode manufaktur ini.