BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kemajuan teknologi merupakan sesuatu yang tidak bisa dihindari dalam kehidupan ini, karena kemajuan teknologi akan berjalan seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan. Setiap inovasi yang diciptakan tentunya diharapkan dapat memberikan manfaat positif bagi kehidupan manusia, memberikan banyak kemudahan, serta sebagai cara baru dalam melakukan aktivitas manusia. Kemajuan perkembangan teknologi saat ini ditandai dengan penggunaan komputer yang telah diaplikasikan ke dalam alat-alat mesin perkakas konvensional.
Sistem
pengoperasiannya
menggunakan
program
yang
dikendalikan langsung oleh komputer sehingga lebih unggul baik dari segi ketelitian (accuration), ketepatan (precision), fleksibilitas, dan kapasitas produksi. Akan tetapi, mesin perkakas konvensional memiliki kelemahan pada kemampuan alat potongnya, yaitu sulitnya melakukan permesinan pada benda kerja dengan material yang memiliki sifat kekerasan yang tinggi. Oleh karena itu, diciptakan mesin perkakas non-konvesional (Prasetya, 2014). Micro-machining merupakan bagian dari kemajuan teknologi industri dunia yang berfokus pada penggunaan fenomena, produk, maupun komponen berukuran kecil yang merupakan integrasi dari berbagai disiplin ilmu (Grzesik, 2008). Permesinan yang digunakan dalam membuat micro-machining product umumnya disebut permesinan non-konvensional. Permesinan non-konvensional umumnya tidak hanya dapat memproduksi komponen berukuran kecil, namun juga dapat digunakan pada komponen berukuran besar yang memiliki struktur yang kompleks. Sekarang ini, beberapa bidang yang terkait dengan penggunaan micromachining diantaranya adalah industri elektronik, peralatan medis, dirgantara, otomotif, dan lain-lain (Grzesik, 2008).
1
2
Salah satu produk pengembangan kemajuan teknologi dalam bidang yang terkait dengan produk micromachining dalam peralatan medis adalah microfilter. Untuk membentuk microfilter dibutuhkan sebuah proses permesinan yang tepat guna. Penggunaan mesin konvensional dikenal memiliki tingkat ketelitian, ketepatan, fleksibilitas, dan kapasitas yang tinggi. Namun kenyataannya permesinan menggunakan mesin konvesional tidak bisa diterapkan dalam proses pembuatan microfilter yang memiliki ukuran kecil dengan ketebalan benda kerja hanya 0,3 mm. Hal tersebut dikarenakan keterbatasan alat potong pada mesin konvensional untuk membuat pola yang diinginkan pada microfilter ini. Penggunaan mesin
non-konvensional
yang
mengarah pada penggunaan
Electrochemical Machining menjadi alternatif untuk mengatasi kelemahan pada mesin konvesional dalam proses pembuatan microfilter (Nugroho, 2013). Beberapa proses permesinan non-konvensional seperti Electro Discharge Machining (EDM), Laser Beam Machining (LBM), Electron Beam Machining (EBM), dan lain-lain dapat mengakibatkan distorsi termal pada permukaan hasil permesinan. Electrochemical Machining (ECM) merupakan alternatif untuk melakukan permesinan pada benda kerja berukuran kecil dan memiliki struktur yang kompleks tanpa mengakibatkan dampak termal pada benda kerja (Bhattacharya dkk, 2002). Perkembangan mesin non-konvensional dalam hal ini electrochemical machining telah memberikan kontribusi yang besar bukan hanya dalam dunia manufaktur tetapi juga dalam dunia medis. Pemanfaatan ECM dalam dunia medis khususnya dalam bidang biomaterial, salah satunya dalam pembuatan multilayered microfilters untuk proses dialisis (Gu dan Miki, 2009). Kebutuhan akan multilayered microfilters semakin meningkat dengan meningkatnya jumlah penderita gagal ginjal di dunia. Multilayered microfilters berfungsi untuk memisahkan kotoran seperti urea, uric acid, dan creatine dari kandungan darah (Gu dan Miki, 2009). Adapun material yang digunakan sebagai bahan utama dalam pembuatan microfilters biasanya menggunakan bahan berupa titanium, namun ada pula yang menggunakan stainless steel tipe 316L (Prihandana dkk, 2013). Penggunaan
3
material stainless steel 204 didasarkan pada ketahanan material tersebut terhadap korosi yang mungkin terjadi akibat pemakaian elektrolit NaCl yang sangat bersifat korosif. Sedangkan penggunaan elektroda biasanya terbuat dari batang kuningan didasarkan pada pencekam pada mesin serta konduktifitas kuningan sebagai bahan yang sangat baik dalam menghantarkan arus listrik (Setianingsih, 2014). Pemilihan jenis larutan elektrolit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kualitas produk maupun proses ECM. Tanpa adanya elektrolit proses machining tidak akan terjadi. Walaupun semua larutan terkonsentrasi pada reaksi namun tidak semua partikel terelektrolisis. Garam (contohnya NaCl) tidak dikonsumsi pada proses elektro kimia, oleh karena itu untuk membuat konsentrasi elektrolit konstan perlu ditambahkan larutan dalam hal ini adalah H2O atau aquades. Reaksi antara H2O dan NaCl akan menghasilkan asam atau HCl di mana akan mengakibatkan lepasnya besi dari anode. Konsentrasi yang semakin tinggi yaitu gabungan antara NaCl dan H2O akan menyebabkan kadar hidrogen dan asam yang terbentuk semakin tinggi. Hal ini berpengaruh pada tingkat pelepasan besi dari anoda akan semakin cepat sehingga MRR akan naik (Budiman dan Suhardjono, 2012). Penggunaan elektrolit NaCl mampu memberikan efisiensi arus permesinan yang lebih tinggi dibandingkan dengan NaNO3. Hal ini dikarenakan penghapusan logam dimulai dari kerapatan arus yang rendah. Kondisi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1. yang menunjukkan sejak kerapatan arus yang rendah, efisiensi arus NaCl sudah mencapai 100%. Kerapatan arus sangat berpengaruh terhadap kekasaran permukaan, overcut dan juga MRR (Wagner, 2002).
Gambar 1.1 Efisiensi arus permesinan NaCl dan NaNO3 (Wagner, 2002)
4
Microfilters awalnya dibuat dengan metode wet etching, yang menghasilkan uap yang beracun (Kang, 2008) dan juga melibatkan bahan kimia berbahaya, seperti asam flourida dan asam sulfat (Abdul, 2010). Bahan tersebut tergolong asam kuat yang berbahaya baik bagi kesehatan manusia maupun lingkungan. Jika konsentrasi bahan tersebut lebih dari 10% maka jika terhirup oleh manusia maka akan menyebabkan keracunan bahkan kematian. Selain itu, jika mengenai kulit manusia maka kulit akan terbakar, sedangkan jika mengenai permukaan logam maka akan menyebabkan korosi karena memiliki tingkat oksidasi yang tinggi. Proses ECM menggunakan larutan elektrolit yang tidak berbahaya dan dapat menghasilkan produk dengan bentuk yang komplek (Gu dan Miki, 2009), di mana produk yang dihasilkan diproses tanpa kontak dan pengaruh panas (Wolters, 2010). Selain itu, ECM digunakan untuk memproses berbagai jenis material yang bersifat konduktor listrik. Proses ECM didasarkan pada proses anodic dissolution dalam elektrolisis (Tlusty, 2000), di mana proses tersebut menggunakan prinsip Faraday yaitu jika ada dua logam elektroda direndam dalam larutan elektrolit dan dihubungkan dengan sumber arus DC, maka partikel logam akan terlepas dari anode dan kemudian akan melekat ke cathode. Aliran elektrolit yang cukup kuat akan mencegah partikel logam melekat pada cathode dan akan membuang partikel-partikel tersebut dari area permesinan. Penggunaan metode ECM sendiri dipilih sebagai suatu metode permesinan material yang tidak bisa digunakan pada mesin konvensional karena material yang terlalu getas, kuat, kecil, atau dapat menimbulkan sisa tegangan bila menggunakan permesinan secara konvensional. Penggunaan mesin nonkonvensional ECM dianggap sebagai metode yang paling tepat untuk digunakan dalam pembuatan microfilters, di mana
dengan menggunakan ECM dapat
melakukan proses permesinan terhadap benda kerja yang bentuknya lebih kompleks dan terbuat dari logam dengan tingkat kekerasan yang tinggi (Nugroho, 2013). Penggunaan metode ECM ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan bentuk permukaan material yang sangat halus atau kebutuhan akan hasil dengan toleransi yang sangat tinggi.
5
Pada proses ECM ada beberapa parameter yang dapat mempengaruhi hasil permesinan yaitu feedrate, tegangan, dan arah laju elektrolit. Mesin ECM membutuhkan daya yang tinggi dalam melakukan permesinan, untuk menghemat penggunaan daya dapat dilakukan penelitian terhadap pengaruh feedrate dan arah laju aliran dengan menggunakan daya yang kecil. Feedrate berpengaruh terhadap jarak dan waktu permesinan, sehingga dapat mempengaruhi hasil permesinan ECM. Arah laju aliran berpengaruh terhadap arah pengikisan material, sehingga dapat mempengaruhi hasil permesinan. Feedrate merupakan parameter penting dalam suatu proses permesinan. Feedrate berpengaruh terhadap jarak dan waktu permesinan. Jarak dan waktu permesinan menentukan baik tidaknya hasil permesinan suatu produk. Selain parameter, terdapat pula variabel yang diukur yang dapat mempengaruhi kualitas benda kerja (produk) yaitu Material Removal Rate (MRR), surface roughness dan overcut. kualitas produk yang dihasilkan dapat dikontrol dengan menggunakan sistem otomasi pada mesin electrochemical machining. Penerapan sistem otomasi dalam mesin ECM akan mampu meningkatkan parameter kualitas dari produk yang sesuai dengan harapan yaitu nilai MRR yang tinggi, surface roughness yang rendah, dan overcut yang kecil. Banyak penelitian telah memfokuskan pada cara meningkatkan efisiensi dan ketepatan yang tinggi, mengurangi kekasaran permukaan, mengoptimalkan parameter, dan menggabungkan ECM dengan jenis teknologi lainnya untuk meningkatkan kinerja mesin (Tang dkk., 2014). Untuk meningkatkan kinerja mesin, meningkatkan produktivitas dan mempermudah kerja dari operator dilakukan sistem otomasi dalam dunia industri. Sistem otomasi dapat bekerja selama 24 jam tanpa henti sehingga efisiensi waktu kerja dan produksi dapat meningkat. Keuntungan utama dari manufaktur terotomasi adalah konsistensi dan kualitas yang lebih baik, berkurangnya waktu produksi, simplifikasi produksi, berkurangnya penanganan barang, dan laju kerja lebih baik (Nugroho, 2014). Disisi lain dengan adanya otomasi industri perusahan dapat meningkatkan laju produksi dan produktivitas kerja serta otomasi dapat meningkatkan keseragaman hasil yang lebih baik dibandingkan pekerjaan yang dilakukan oleh manusia (Groover dan Mikell, 2008).
6
Penerapan sistem kendali otomatis akan mengurangi kemungkinan terjadinya
kesalahan
proses
produksi,
masuknya
kontaminan,
ataupun
dihasilkannya produk cacat. Selanjutnya biaya yang ditimbulkan sebagai akibat perbaikan proses, pengisolasian proses dari kontaminan, dan pengolahan kembali produk cacat pun dapat ditekan seminimal mungkin. Sistem kendali otomatis mendukung strategi manufaktur yang meliputi prioritas kompetitif yakni quality, cost, delivery, dan flexibility atau sering disebut QCDF (Ward dkk., 1995). Adanya sistem kendali otomatis maka kontrol kualitas produk menjadi lebih mudah dan konsisten, sehingga semakin lama suatu unit industri akan menghasilkan semakin banyak produk berkualitas baik (Ramdhani, 2012). Salah satu sistem kendali otomatis yang saat ini sering digunakan di dunia industri adalah sistem kendali berbasis Integrated Development Enviroment (IDE) Visual Basic. IDE Visual Basic merupakan lingkungan pengembangan terpadu bagi programmer dalam mengembangkan aplikasinya (Prasetia, 2004). Kelebihan dari Visual Basic ini yaitu Visual Basic merupakan salah satu bentuk sarana pengembangan aplikasi (Software Developer) yang berbasis Windows sehingga lebih mudah digunakan. Visual Basic cenderung mengarah kepada metode untuk membentuk GUI (Graphical User Interface), dengan kemudahan penempatan dan pembentukan objek pada layar tanpa menulis banyak baris program (Murti dkk, 2013). Untuk menambah sistem kecerdasan pada proses ECM dilakukan pengembangan dari fuzzy logic. Kecerdasan tersebut dikembangkan melalui integrasi fuzzy logic kedalam sistem kontrol yang ada dalam hal ini fuzzy logic di kembangkan di dalam Visual Basic. Selain itu fuzzy logic ini digunakan untuk melakukan optimasi dari parameter-parameter pengujian yang telah dilakukan pada penelitian sebelumnya. Oleh sebab itu, diperlukan suatu optimasi untuk menemukan kombinasi yang tepat di antara parameter-parameter tersebut. Optimasi dalam suatu proses itu sangat penting untuk dilakukan, hal ini untuk memastikan bahwa proses tersebut terhindar dari pemborosan terutama pemborosan waktu, dana dan usaha serta meningkatkan kualitas produk. Proses yang optimal tentunya akan mendukung produksi yang optimal (Baroroh, 2014).
7
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, maka rumusan masalah yang akan menjadi fokus pada penelitian ini adalah bagaimana merancang sistem otomasi dan melakukan optimasi ECM pada pembuatan plat pembentuk multilayered microfilters dengan menggunakan pendekatan fuzzy logic berbasis Microsoft Visual Basic? 1.3 Batasan Masalah Untuk lebih memfokuskan penelitian ini, maka perlu diberikan batasan masalah yang dapat dinyatakan sebagai berikut : 1. Mesin yang digunakan adalah mesin Electrochemical Machining Portable generasi kedua yang telah dikembangkan Jurusan Teknik Mesin dan Industri. 2. Material benda kerja (anoda) yang digunakan adalah stainless steel tipe 204. 3. Elektroda (katoda) yang digunakan adalah stainless steel tipe 204. 4. Ketebalan plat benda kerja yang digunakan yaitu 0,3 mm. 5. Larutan elektrolit NaCl dengan konsentrasi 15%. 6. Sistem kendali yang dirancang menggunakan Visual Basic 2010 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Merancang otomasi pada mesin electrochemical machining pada pembuatan plat pembentuk multilayered microfilters berbasis Visual Basic. 2. Melakukan optimasi pada setiap parameter yang digunakan dengan menggunakan pendekatan fuzzy logic. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut 1. Mengembangkan
metode
pembuatan
plat
pembentuk
multilayered
microfilters dengan Visual Basic dengan menggunakan pemesinan nonkonvensional yang terotomatisasi.
8
2. Dapat meminimasi waktu pada jalur produksi, meningkatkan kepresisian dan akurasi. 3. Dapat dijadikan model simulasi sebelum diterapkan ke dalam produksi massal. 4. Memberikan tambahan pemahaman tentang dunia industri medis yang sedang berkembang saat ini. 5. Dapat mengurangi biaya, dan tenaga dalam melakukan proses pembuatan plat pembentuk multilayered microfilters.
