MENGONSTRUKSI BENTUK PADAT GEOMETRY DALAM PEMBUATAN MODEL 3D [CONSTRUCTIVE SOLID GEOMETRY (CSG) FOR MAKING 3D MODEL]

Perangkat lunak untuk membantu proses penggambaran (CAD) dibuat untuk memudahkan pembuatan model 2D dan 3D dengan prinsip user frendly. Bahkan, anak-anak yang masih sekolah di SD pun dapat menggunakannya dengan cepat (sudah saya buktikan ke anak saya yang duduk di SD kelas 6). Pengguna dengan mudah dapat membuat model 3D komponen, bahkan dapat dirakit dan disimulasikan. Namun, kemudahan yang diperoleh selama proses penggambaran tidak diikuti dengan mengomunikasikannya ke dalam bentuk gambar 2D untuk kebutuhan manufakturnya. Melalui perangkat lunak CAD, ketegaklurusan, kesejajaran, kesumbuan dll (contrain) dapat dengan mudah dihasilkan, namun tidak demikian halnya dengan proses manufakturnya. Sulit untuk mencapai ketegaklurusan, kesejajaran dan kesumbuan dalam proses manufaktur. Solusi yang akan saya jelaskan pada tulisan ini adalah membawa kerangka urutan proses manufaktur ke dalam urutan proses penggambaran. Intinya adalah, urutan penggambaran akan dipengaruhi juga oleh urutan pemrosesan manufaktur nantinya.

I.              DEFINISI FITUR & FITUR PRIMITIF

Pada tahap awal kita berlu memahami definisi bentuk geometri suatu benda. Kita perlu mengingat bahwa kumpulan titik-tik dapat membentuk suatu garis atau kurva, kumpulan garis dapat membentuk suatu permukaan, kumpulan permukaan dapat membentuk benda solid. Kita mengenal definisi fitur berdasarkan standardisasi berikut :

Definisi feature berdasarkan ASME Y14.5-2009 adalah bagian fisik suatu komponen seperti permukaan, pena, lubang, atau alur, atau representasinya pada gambar, model, atau arsip data digital.

Definisi feature berdasarkan ISO 14660-1 : Feature merupakan bagian spesifik suatu benda kerja, seperti sebuah titik, sebuah garis atau sebuah permukaan, dan feature tersebut dapat menjadi feature integral (contoh : permukaan luar suatu silinder) atau feature turunan (contoh suatu garis median atau permukaan median).

 Gambar-1 Definisi fitur

Untuk keperluan identifikasi gambar (drawing) pada ISO 14 660-1 , dikenal beberapa istilah tentang feature sebagai berikut :

•       Nominal feature : geometri ideal dari suatu gambar (drawing)

•       Real feature : geometry tidak ideal dari suatu benda (workpiece)

•       Extracted feature :geometri tidak ideal yang terdeteksi dari suatu benda

•       Assosiated feature : geometri ideal, dan disesuaikan terhadap extracted feature  berdasar pada fungsi yang objektif.

Bentuk dasar geometri primitif yang sudah umum kita ketahui dan bahkan sudah dikenal sejak dahulu kala adalah : Balok, Silinder, Konus, Bola, dan Tube (cincin).

Gambar-2 Fitur primitif balok dan silinder

Gambar-3 Fitur primitif torus dan bola

Gambar-4 Fitur primitif kerucut dan wedge

II.            TEKNIK OPERASI BOLEAN

Interaksi diantara dua jenis fitur dapat dilakukan melalui metoda Penggabungan/Penambahan (Joint/Union), Pemotongan (Cut/Difference), dan Irisan (Intersect):

• Operasi Join/Union/Adding (+) akan mengkombinasikan dua buah volume dengan geometri berbeda menjadi sebuah volume dengan bentuk geometri tunggal.
• Operasi Cut/Substracting (-) akan mengurangi suatu volume geometri tertentu dengan volume geometri lainnya.
• Operasi intersection (n) akan memastikan bahwa suatu volume baru merupakan bagian dari kedua volume bentuk lainnya.

·       

Gambar-5 Teknik Operasi Bolean

Pada beberapa benda/komponen yang sederhana maka beberapa jenis fitur primitif dapat dikombinasikan untuk mendapatkan bentukan geonmetri padat tertentu seperti dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar-6 Contoh operasi Bolean union dan cut pada balok dan silinder

Gambar-7 Contoh operasi Bolean intersection pada balok dan silinder

Gambar-8 Contoh operasi Bolean uniuon dan cut pada balok, wedge, dan torus

III.          POHON BINER (BINARY TREE)

Pada tahun 1980-an, salah satu kemajuan pada pemodelan 3D ditandai dengan perkembangan metode mengonstrusi bentuk padat geometri (CSG). CSG akan mendeskripsikan model padat (solid model) sebagai kombinasi/gabungan bentuk-bentuk dasar 3D (dikenal dengan istilah bentuk padat geometri primitif).

CSG dijadikan juga referensi sebagai metoda untuk meyimpan model padat 3D pada database.Hasil akhir bentuk geometri padat yang dihasilkan dapat dengan mudah direpresentasikan sebagai pohon biner (binary tree). Pada pohon biner, cabang terminal (terminal branch yang keluar) merupakan beberapa jenis fitur primitif yang dikombinasikan untuk mendapatkan bentuk padat yang baru (disebut dengan akar/root). Binary tree merupakan suatu cara efektif untuk menjaga jejak sejarah pada proses pembuatan bentuk geometri solid. Dengan menjaga jejak sejarah  tersebut, suatu model padat dapat dikembangkan/dibangun kembali melalui keterkaitan binary tree. Cara tersebut sangat tepat sekali untuk melakukan modifikasi pada model geometri padat. Kita dapat melakukan modifikasi pada sambungan terkait yang paling sesuai di binary tree dan mengaitkannya kembali pada pohon sejarah (history tree) tanpa harus membuat model yang baru.

Gambar-9 Contoh binary Tree

IV.         CONTOH (MEMBUAT MODEL 2D, 3D, DAN BINARY TREE SECARA MANUAL)

Dalam 1 set tugas yang harus dikerjakan adalah model 2D, model 3D, dan Binary Tree. Untuk model 2D & 3D penilaian dilakukan terhadap : etika model 2D/3D; sumbu koordinat kartesian; kelengkapan dimensi; contoh penggunaan toleransi suaian, khusus, dan umum; datum (untuk benda khubistik, minimal harus ada 3 datum permukaan, untuk benda silindrik, minimal harus ada 2 buah datum (sumbu dan permukaan); penggunaan toleransi geometrik (minimal 5 jenis toleransi geometrik); binary three dibuat atas kombinasi fitur primitif. Contohnya dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar-10 Contoh model 2D, 3D, dan binary tree yang harus dikerjakan

I.                   PENUTUP

Alhamdulillah, tulisan ini diselesaikan dalam waktu yang singkat untuk tujuan pembelajaran jarak jauh (mata kuliah praktik disain pemodelan parametrik), yang diakibatkan mewabahnya Covid-19. Diliburkannya mahasiswa untuk tetap belajar di rumah dengan jarak jauh. Mata kuliah ini mewajibkan mahasiswa mengerjakannya secara manual dan menggunakan software gambar (CAD) yang disukai oleh mahasiswa. Anda dapat memilih software Autocad, SolidWork, Autodesk Inventor, Siemens NX, dan lain-lain.

Karena tulisan ini dibuat dalam waktu yang sebentar, maka di dalamnya terdapat banyak kekurangan dan masih harus penulis sempurnakan.  Harapan saya, pembaca dapat memberikan masukan positif yang akan memperbaiki tulisan-tulisan saya ke depannya.

Mari kita sukseskan bersama Bersatu untuk menghadapi Corona Virus di Indonesia, Insyaallah kita akan melewati ini semua dengan kemenangan.

#StayAtHome

#DiRumahAja

Soroako, 27-Maret-2020

Ir. Duddy Arisandi, S.T., M.T.

LAMPIRAN (GAMBAR LATIHAN YANG HARUS DIPILIH/1 DARI SETIAP KATAGORI)

1.       GAMBAR KATAGORI MUDAH

Gambar-11 Gambar latihan yang harus dipilih (katagori mudah)

2.       GAMBAR KATAGORI SEDANG

Gambar-12 Gambar latihan yang harus dipilih (katagori sedang)

3.       GAMBAR KATAGORI SULIT

Gambar-13 Gambar latihan yang harus dipilih (katagori sulit-1)

Gambar-14 Gambar latihan yang harus dipilih (katagori sulit-2)