Daftar isi Optimasi Penggunaan Balian Baku Untuk Pembuatan Produk Dengan Simulasi Pembebanan dan Simulasi AUr pada Kasus Produk Penyangga (Dody Andi Winarto)
OPTIMASI PENGGUNAAN BAHAN BAKU UNTUK PEMBUATAN PROD UK DENGAN SIMULASI PEMBEBANAN DAN SIMULASI ALIR PADA KASUS PROD UK PENYANGGA Dody Andi Winarto Sentra Teknologi Polimer (STP)-BPPT Gedung 460, Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang ABSTRAK OPTIMASI PENGGUNAAN
BAHAN BAKU UNTUK PEMBUATAN PRODUK DENGAN SIMULASI
PEMBEBANAN DAN SIMULASIALIR PADAKASUS PRODUK PENYANGGA. Penghematan bahan baku daIam pembuatan produk tertentu dapat dilakukan dengan cara membuat desain yang tepat. Oesain yang tepat ini dapat diperoleh dengan bantuan simulasi komputasi. Oalam tulisan ini dipaparkan tentang optimasi penggunaan bahan baku untuk produk plastik dengan simulasi pembebanan dan simulasi aliran. Contoh kasus yang dipakai adalah penyangga plastik dengan ketebalan antara 2,00 mm sampai dengan 3,00 mm, yang digunakan untuk menahan pembebanan terdistribusi sebesar 1000 Newton dengan bahan baku HOPE dengan ~ERJ3_da~FR 26. HasH simulasi menunjukkan bahwa produk dengan ketebalan 2,25 mm menggunakan HOPE dengan MFR 26 merupakan desain yang tepat untuk produk penyangga ini. Kata kunci: Simulasi, optimasi, HOPE, produk plastik
ABSTRACT PLASTICS MATERIAL OPTIMIZATION
BY ANALIZING LOAD SIMULATION AND INJECTION
MOLDING FLOW SIMULATION FOR PLASTICS SUPPORT. In developing a product, material saving can be predicted by applying appropriate design. This appropriate design can be achieved by computer simulation. In this paper, raw material optimization by load simulation anad injection molding flow simulation will be prepared. As a case, produc.ing plastics support will be shown. The thickness of the product will range fromJ-,OO to 3.00 mm. The MFR 2..vsimul~tion result shows that product which has thickness of2.25 mm using HOP1rWith MFR 26 is the ~rOduct will deSIgn. be used for supporting distributed load of 1000 Newton, and will be build by !:IOP~ith MFR 13 or ppropnate Key words: Simulation, optimization, HOPE, plastics product
PENDAHULUAN Seiring dengan kenaikan harga minyak bumi yang semakin tinggi, seluruh industri berusaha untuk melakukan efisiensi agar dapat bertahan dalam menghadapi persaingan yang ada [2]. Tidak terkecuali industri yang berkaitan dengan polimer. Di dalam industri ini, industri hulu menggunakan bahan baku gas dan minyak bumi untuk menghasilkan resin. Sedangkan industri hilir menggunakan resin yang dihasilkan oleh industri hulu untuk membuat komponen produk akhir yang akan digunakan dalam industri penggunanya seperti industri otomotif, industri makanan dan
lain-lain. Keduanya, industri hulu dan hilir, sangat dipengaruhi oleh kenaikan harga minyak bumi secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu untuk mengurangi ketergantungannya terhadap minyak bumi, industri hulu sedang mengembangkan plastik ramah lingkungan, baik melalui bahan baku langsung dari bahan yang dapat diperbaharui maupun melalui blending dengan bahan yang dapat diperbaharui [1]. Industri hilir pun melakukan berbagai upaya baik melalui regulasi
277
Prosiding Simposium
Nasional Polimer V
penggunaan bahan, inovasi bahan sampai desain produk. Saat ini penghematan energi yang digunakan dalam proses produksi juga merupakan hal yang tidak dapat diabaikan. Oleh karena itu cycle time hams juga dikurangi semaksimal mungkin dengan tidak mengurangi mutu produk yang dihasilkan. Makin rendah cycle time, makin banyak produk yang dihasilkan, semakin rendah biaya energi yang dikeluarkan. Disisi lain,bahan baku menyumbang sekitar 40 % - 60 % dari komponen biaya produksi untukindustrikomponen. Sehinggamenjadi sangat signifikanbila dilakukan efisiensipadakomponen biaya tersebut. Hal terse but dapat dilakukan melalui upaya desain yang optimal maupun upaya penghematan dengan melakukan pencampuran material yang telah digunakan dengan material mUIIll.
Tulisan ini akan membahas pemilihan material dan kriteria desain yang memadai untuk pembuatan produk penyangga. Ketebalan penyangga akan divariasikan untuk mendapatkan hasil yang optimal agar memenuhi persyaratan operasinya yaitu menanggung beban statis sebesar 1000 Newton. Apabila tidak terjadi kerusakan sesuai pembebanan yang dipersyaratkan, dilakukan analisis aliran produk tersebut. Material yang digunakan adalah HOPE dengan variasi MFR 13 dan MER 26 dengan menggunakan proses cetak injeksi.HasHdarianalisispembebanan clananalisis alir memperlihatkan produk dengan ketebalan 2,25 mm yang menggunakan bahan baku HOPE dengan MFR 26 merupakan desain yang tepat dimana desain ini mampu memenuhi persyaratan pembebanan dengan bahan baku yang minimal dengan kualitas produk yang tinggi.
METODEPERCOBAAN Pada bagian ini dipaparkan bentuk dan dimensi produk yang akan dibuat dan analisis yang akan dilakukan. Kemudian dengan mengacu pada persyaratan produk tersebut akan disampaikan rekomendasi tentang kondisi 278
ISSN 1410-8720
yang akan dipilih untuk pembuatan produk tersebut.
Gambar 1. Geometri Penyangga
Geometri yang digunakan sebagai produk yang akan dibuat adalah sebuah penyangga beban dengan gambar sebagai berikut : Oari Gambar 1, Geometri Penyangga dengan ukuran lebar 300 rom, dalam 300 rom dan tinggi 600 rom. Penyangga tersebut akan dibebani dengan beban statis maksimum terdistribusi 1000 Newton. Penyangga tersebut akan dibuat dengan menggunakan bahan HDPE dengan kode HD 1 yang mempunyai MFR 13 dan HD2 yang mempunyai MFR 26, dimana sifat-sifat mekaniknya adalah sebagai berikut : Beratjenis Modulus elastisitas Poison rasio Yield strength
= 956 kglm3 = 911 MPa = 0.426 = 29 MPa
Ketebalan penyangga akan divariasikan dari 2,00 mm sampai dengan 3,00 rom dengan interval 0,25 mm. Melalui simulasi komputasi akan diperiksa struktur tersebut marripu menahan beban yang telah ditentukan. Simulasi komputasi ini menggunakan program CATIA® v5r 16modul Generative Structural Analysis. Beban yang diberikan pada penyangga adalah beban statis dengan besaran 1000 Newton, berupa beban yang terdistribusi pada bagian atas penyangga clan mengarah pada bagian bawah penyangga (arah negatif sumbu Z, lihat Gambar 1.) Selanjutnya, apabila memenuhi persyaratan, yaitu mampu menahan beban
Optimasi Penggunaan Bahan Baku Untuk Pembuatan Produk Dengan Simulas; Pembebanan dan S;mulasi AUr pada Kasus Produk Penyangga (Dody And; W;narto)
yang ditentukan, struktur ini akan diperiksa diproduksi dengan menggunakan mesin injeksi yang tersedia yaitu dengan kapasitas 1000 ton, dengan menggunakan bahan
dapat cetak mesin baku
Von Mses Stress (nodal valJes).l
&'mI 1.63e+OO6
I.
1.4Se+OO6 1.82e+OO6 1.26e+OO6 1.06e+OO6
Gambar 4. Hasil Analisis Alir Penyangga (tebal 2,50 mm) - kualitas tinggi
8.ge+OO5 7.0Se+OO5 5.2e+OO5 3.3Se+OO5
on~ Gambar 2. Hasil Analisis Beban Penyangga (tebaI2,50 mm) - tegangan Translational dspIacement
vector. 1
I. I:., 3.5
.
3
Gambar 5. Hasil Analisis Alir Penyangga (tebal 2,00 mm) - kualitas medium
2.5 2 1.5
-
bahan baku yang digunakan dan kapasitas mesin yang digunakan dalam proses pembuatan produk penyangga tersebut.
1 0.5
o on~ Gambar 3. Hasil analisis Beban Penyangga (tebal 2,50 mm) - displacement
HDPE berkode
2.00 HDmm 1 atau 2.25 2.50 2.75 3.00
TabelI. Hasil analisa pembebanan Ketebalan
2.76 mm 1.61 1.68 4.06 4.16 ·0.280 6.95 4.27 0.156 0.171 Mpa 0.214 0.202 MPa 1.53 1.25 Min tegangan Max Max tegangan displ
HD2. Pemeriksaan ini
menggunakan program MoldFloW® modul Mold Adviser 7.1. Lokasi injeksi terdapat pada titik tengah dari bagian atas penyangga dan terdiri dari hanya Ilokasi. Suhu cetakan diatur menjadi 40°C dan suhu lelehan material diatur menjadi 250°C. Tekanan maksimum mesin injeksi adalah 250 MPa. Dari analisis pembebanan dan aliran yang dilakukan, kemudian dapat ditentukan kondisi desain yang optimum dengan mempertimbangkan
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil simulasi yang dilakukan CATIA® adalah sebagai berikut :
dengan
279
Prosiding Simposium Nasional Polimer V
Tabel2. HasH Ketebalan
analisis alir menggunakan
see see em3 897.60 3.83 3.91 3.77 24.45 Jumlah 1009.46 17.94 16.26 1121.25 1232.97 1344.60 3.84 3.56 22.21 19.89 Injection time Cyclebahan time
Tabel3. Hasil
analisis alir menggunakan MPa kwlitas 93.07 20336 1602.36 109.19 1232.97 131.85 161.81 1266.47 toone 715.03 Mrlum 1025.72 Tmggi Tmggi ~Qarrping p-essure force KeteOOIaninjedioo
Tabe/4. Hasil Ketebalan
HD 1
analisis alir menggunakan
HD I (lanjutan)
HD2
see see em3 Jumlah 1009.46 2.85 17.44 19.78 .Injection 1232.97 1344.60 897.60 2.83 2.67 2.82 24.37 22.00bahan 1121.25 2.78 15.74 Cycle time time
Tabel5. HasH
analisis alir menggunakan
HD2 (lanjutan)
MPa 103.66 kuaI 794.48 itas tonne 13I.75 Medium 1018.14 83.78 639.04 59.10 444.61 69.35 525.47 Tinggi Keterangan Clamping pressure force Ketebalan Injection
Hasil simulasi yang dilakukan dengan menggunakan MoldFlow® adalah sebagai berikut : Tabel 1 memperlihatkan bahwa untuk seluruh ketebalan,dengan beban statis maksimum 1000 Newton yang terdistribusi di bagian atas penyangga (arah z negatif), tegangan yang
280
ISSN 1410-8720
dihasilkan tidak melebihi tegangan yield yang menyebabkan kegagalan pada prorluk untuk menyangga beban terse but. Makin tinggi keteba1an produk semakin rendah tegangan maksimum yang terjadi dan ini jauh di bawah tegangan yield bahan yang digunakan yaitu 29 MPa. Semakin tinggi ketebalan, teganganyang terjadi dapat didistribusikan sesuai dengan ketebalan, sehingga tegangan yang terjadi semakin rendah. Ini terjadi untuk tegangan maksimumdanminimum. Tabel2 berkenaan dengan material HDPE dengan MFR 13,memperlihatkan hal-hal sebagai berikut. Keteba1an yang meningkat akan meningkatkanjumlah atau volume dari bahan. Kenaikan ketebalan sebesar 0,50 mm menyebabkan meningkatnya jumlah bahan sebesar 14%, dan kenaikannya sebesar 1,00 mm menyebabkan meningkatnya jumlah bahan sebesar 50 %. Injection time, yaitu waktu untuk mengisi 1ubangcetakan berkisar antara 3,56 detik sampai dengan 3,91 detik, sedangkan cycle time, yaituwaktuyang diperlukanuntukmengisi kembali lubang cetakan (termasuk waktu pendinginan produk) meningkat seiring dengan meningkatnya ketebalan. Ini kaiena material plastik merupakan konduktor panas yang buruk. Ini akan meningkatkanjumlah energiyang digunakanuntuk membuat produk tersebut. Kenaikan ketebalan sebesar 1,00 mm, meningkatkan waktu proses (cycle time) menjadi 50 %. Sementara Tabel 3 memperlihatkan tekanan injeksi yang dibutuhkan untuk mengalirkan bahan/material ke dalam lubang cetakan. Makin besar ketebalan, makin kecil tekanan yang diperlukan. Oemikianjuga tenaga clamping yang digunakan. Inijuga dapat dilihat untuk material yang berbeda pada Tabel 5. Sebagai keterangan, terdapat rekomendasi bahwa untuk ketebalan 2,00 mm dan 2,25 mm pada material yang mempunyai MFR 13, kualitas produk tidak optimal (medium). Oemikianjuga pada prod uk dengan ketebalan 2,00 mm pada material yang mempunyai MFR 26. Tabel 4 dan Tabel 5 memperlihatkan hal yang sarna untuk material HOPE dengan MFR 26.
Optimasi Penggunaan Bahan Baku Untuk Pembuatan Produk Dengan Simulasi Pembebanan dan Simulasi AUr pada Kasus Produk Penyangga (Dody Andi Winarto)
Apabila kita membandingkan antara Tabel2 dan Tabel4 dapat dilihat bahwa material dengan MFR 26 meningkatkan (mempercepat) waktu injeksi, namun secara keseluruhan waktu proses tidak terpengaruh secara signifikan.
KESIMPULAN Simulasi komputasi merupakan sarana untuk lebih meningkatkan produktivitas (mengurangi aktivitas trial) dan kecepatan perancangan baik perancangan produk maupun perancangan proses
(injection molding process). Dalam kasus pembuatan produk penyangga dengan ketebalan antara 2,00 mm sampai dengan 3,00 mm menggunakan HDPE yang mempunyai MFR 13 dan MER 26, diperoleh data bahwa produk ketebalan 2,25 mm dengan menggunakan HDPE yang mempunyai MFR 26 merupakan desain yang tepat untuk produk penyangga ini.
DAFfARPUSTAKA [1]. F ARALIAN POERDJONO, Biodegradable Oriented PE (Blow Moulding Grade), Seminar Sehari Inovasi Aplikasi
PP, PE dan Additive pada Proses Terkini Injection Moulding dan Blow Moulding [2]. BUDI- SUSANTO SADIMAN, Market Update, Plastic Market Price Trend,
Seminar Sehari Inovasi Aplikasi PP, PE dan Additive pada Proses Terkini Injection Moulding dan Blow Moulding [3]. _, MPA 7.1 Tutorials [4]. _, Catia Version Documentation
5
Release
15
281
