Optimasi Penggunaan Balian Baku Untuk Pembuatan Produk Dengan Simulasi Pembebanan dan Simulasi AUrpada Kasus Produk Penyangga (Dody Andi Winarto)

OPTIMASI PENGGUNAAN BAHAN BAKU UNTUKPEMBUATAN PROD UK DENGAN SIMULASIPEMBEBANAN DAN SIMULASI ALIR PADA

KASUS PROD UK PENYANGGA

Dody Andi WinartoSentra 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 daIampembuatan produk tertentu dapat dilakukan dengan cara membuat desain yang tepat. Oesain yang tepat ini dapatdiperoleh dengan bantuan simulasi komputasi. Oalam tulisan ini dipaparkan tentang optimasi penggunaan bahanbaku untuk produk plastik dengan simulasi pembebanan dan simulasi aliran. Contoh kasus yang dipakai adalahpenyangga 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. HasHsimulasi menunjukkan bahwa produk dengan ketebalan 2,25 mm menggunakan HOPE dengan MFR 26 merupakandesain 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 bepredicted by applying appropriate design. This appropriate design can be achieved by computer simulation. In thispaper, 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

~rOduct will be used for supporting distributed load of 1000 Newton, and will be build by !:IOP~ith MFR 13 orMFR 2..vsimul~tion result shows that product which has thickness of2.25 mm using HOP1rWith MFR 26 is theppropnate deSIgn.

Key words: Simulation, optimization, HOPE, plastics product

PENDAHULUAN

Seiring dengan kenaikan harga minyakbumi yang semakin tinggi, seluruh industriberusaha untuk melakukan efisiensi agar dapatbertahan dalam menghadapi persaingan yangada [2]. Tidak terkecuali industri yang berkaitandengan polimer. Di dalam industri ini, industrihulu menggunakan bahan baku gas danminyak bumi untuk menghasilkan resin.Sedangkan industri hilir menggunakan resinyang dihasilkan oleh industri hulu untukmembuat komponen produk akhir yangakan digunakan dalam industri penggunanyaseperti industri otomotif, industri makanan dan

lain-lain. Keduanya, industri hulu dan hilir,sangat dipengaruhi oleh kenaikan hargaminyak bumi secara langsung maupun tidaklangsung. Oleh karena itu untuk mengurangiketergantungannya terhadap minyak bumi,industri hulu sedang mengembangkan plastikramah lingkungan, baik melalui bahan bakulangsung dari bahan yang dapat diperbaharuimaupun melalui blending dengan bahan yangdapat diperbaharui [1]. Industri hilir punmelakukan berbagai upaya baik melalui regulasi

277

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

penggunaan bahan, inovasi bahan sampai desainproduk.

Saat ini penghematan energi yangdigunakan dalam proses produksi jugamerupakan hal yang tidak dapat diabaikan.Oleh karena itu cycle time hams juga dikurangisemaksimal mungkin dengan tidak mengurangimutu produk yang dihasilkan. Makin rendahcycle time, makin banyak produk yangdihasilkan, semakin rendah biaya energi yangdikeluarkan.

Disisi lain,bahan baku menyumbang sekitar40 % - 60 % dari komponen biaya produksiuntukindustrikomponen.Sehinggamenjadi sangatsignifikanbiladilakukan efisiensipadakomponenbiaya tersebut. Hal terse but dapat dilakukanmelalui upaya desain yang optimal maupun upayapenghematan dengan melakukan pencampuranmaterial yang telah digunakan dengan materialmUIIll.

Tulisan ini akan membahas pemilihanmaterial dan kriteria desain yang memadaiuntuk pembuatan produk penyangga. Ketebalanpenyanggaakan divariasikan untuk mendapatkanhasil yang optimal agar memenuhi persyaratanoperasinya yaitu menanggung beban statissebesar 1000 Newton. Apabila tidakterjadi kerusakan sesuai pembebananyang dipersyaratkan, dilakukan analisis aliranproduk tersebut. Material yang digunakanadalah HOPE dengan variasi MFR 13 danMER 26 dengan menggunakan proses cetakinjeksi.HasHdarianalisispembebanan clananalisisalir memperlihatkan produk dengan ketebalan2,25 mm yang menggunakan bahan bakuHOPE dengan MFR 26 merupakan desainyang tepat dimana desain ini mampu memenuhipersyaratan pembebanan dengan bahanbaku yang minimal dengan kualitas produkyangtinggi.

METODEPERCOBAAN

Pada bagian ini dipaparkan bentukdan dimensi produk yang akan dibuat dananalisis yang akan dilakukan. Kemudian denganmengacu pada persyaratan produk tersebutakan disampaikan rekomendasi tentang kondisi

278

ISSN 1410-8720

yang akan dipilih untuk pembuatan produktersebut.

Gambar 1. Geometri Penyangga

Geometri yang digunakan sebagai produkyang akan dibuat adalah sebuah penyangga bebandengan gambar sebagai berikut :Oari Gambar 1, Geometri Penyangga denganukuran lebar 300 rom, dalam 300 rom dan tinggi600 rom. Penyangga tersebut akan dibebanidengan beban statis maksimum terdistribusi1000 Newton.

Penyangga tersebut akan dibuat denganmenggunakan bahan HDPE dengan kode HD 1yang mempunyai MFR 13 dan HD2 yangmempunyai MFR 26, dimana sifat-sifatmekaniknya adalah sebagai berikut :

Beratjenis =956 kglm3Modulus elastisitas = 911 MPaPoison rasio = 0.426

Yield strength = 29 MPa

Ketebalan penyangga akan divariasikandari 2,00 mm sampai dengan 3,00 rom denganinterval 0,25 mm. Melalui simulasi komputasiakan diperiksa struktur tersebut marripumenahanbeban yang telah ditentukan. Simulasi komputasiini menggunakan program CATIA® v5r16modulGenerative Structural Analysis. Beban yangdiberikan pada penyangga adalah beban statisdengan besaran 1000 Newton, berupa bebanyang terdistribusi pada bagian atas penyangga clanmengarah pada bagian bawah penyangga (arahnegatif sumbu Z, lihat Gambar 1.)

Selanjutnya, apabila memenuhipersyaratan, yaitu mampu menahan beban

Optimasi Penggunaan Bahan Baku Untuk Pembuatan Produk Dengan Simulas; Pembebanan dan S;mulasi AUrpada Kasus Produk Penyangga (Dody And; W;narto)

yang ditentukan, struktur ini akan diperiksa dapat

diproduksi dengan menggunakan mesin cetak

injeksi yang tersedia yaitu dengan kapasitas mesin1000 ton, dengan menggunakan bahan baku

Von Mses Stress (nodal valJes).l

&'mI

I. 1.82e+OO6

1.63e+OO6

1.4Se+OO6

1.26e+OO6

1.06e+OO6

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

Gambar 4. Hasil Analisis Alir Penyangga (tebal2,50 mm) - kualitas tinggi

HDPE berkode HD 1 atau HD2. Pemeriksaan ini

menggunakan program MoldFloW® modul MoldAdviser 7.1.

Lokasi injeksi terdapat pada titik tengah dari

bagian atas penyangga dan terdiri dari hanya

Ilokasi. Suhu cetakan diatur menjadi 40°C dansuhu lelehan material diatur menjadi 250°C.Tekanan maksimum mesin injeksi adalah250 MPa.

Dari analisis pembebanan dan aliran yang

dilakukan, kemudian dapat ditentukan kondisidesain yang optimum dengan mempertimbangkan

I.I:.,3.5

32.5

2

1.5

10.5

oon~

Gambar 3. Hasil analisis Beban Penyangga (tebal2,50 mm) - displacement

-

. Gambar 5. Hasil Analisis Alir Penyangga (tebal2,00 mm) - kualitas medium

bahan baku yang digunakan dan kapasitas mesin

yang digunakan dalam proses pembuatan produkpenyangga tersebut.

TabelI. Hasil analisa pembebanan

Ketebalan Max teganganMin teganganMax displmm

MpaMPamm

2.00

2.76·0.2806.95

2.25

1.610.2144.06

2.50

1.680.2024.16

2.75

1.530.1564.27

3.00

1.250.1714.06

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil simulasi yang dilakukan denganCATIA® adalah sebagai berikut :

279

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

Tabel2. HasH analisis alir menggunakan HD 1

Ketebalan Injection timeCycle timeJumlah bahanmm

seeseeem3

2.00

3.9116.26897.60

2.25

3.8317.941009.46

2.50

3.7719.891121.25

2.75

3.8422.211232.97

3.00

3.5624.451344.60

Tabel3. Hasil analisis alir menggunakan HD I (lanjutan)

KeteOOIaninjedioo p-essureQarrping force~nm

MPatoonekwlitas

200

203361602.36Mrlum

225

161.811266.47Mrlum

250

131.851025.72Tmggi

275

109.191232.97Tmggi

3.00

93.07715.03Tmggi

Tabe/4. Hasil analisis alir menggunakan HD2

Ketebalan Injection timeCycle timeJumlah bahanmm

seeseeem3

2.00

2.8315.74897.60

2.25

2.7817.441009.46

2.50

2.8519.781121.25

2.75

. 2.8222.001232.97

3.00

2.6724.371344.60

Tabel5. HasH analisis alir menggunakan HD2 (lanjutan)

Ketebalan Injection pressureClamping forceKeteranganrom

MPatonnekuaI itas

2.00

13I.751018.14Medium

2.25

103.66794.48Tinggi

2.50

83.78639.04Tinggi

2.75

69.35525.47Tinggi

3.00

59.10444.61Tinggi

Hasil simulasi yang dilakukan denganmenggunakan MoldFlow® adalah sebagaiberikut :

Tabel 1 memperlihatkan bahwa untukseluruhketebalan,dengan beban statis maksimum1000 Newton yang terdistribusi di bagian ataspenyangga (arah z negatif), tegangan yang

280

ISSN 1410-8720

dihasilkan tidak melebihi tegangan yieldyang menyebabkan kegagalan pada prorlukuntuk menyangga beban tersebut. Makin tinggiketeba1an produk semakin rendah teganganmaksimum yang terjadi dan ini jauh di bawahtegangan yield bahan yang digunakan yaitu29 MPa. Semakin tinggi ketebalan, teganganyangterjadi dapat didistribusikan sesuai denganketebalan, sehingga tegangan yang terjadisemakin rendah. Ini terjadi untuk teganganmaksimumdanminimum.

Tabel2 berkenaan dengan material HDPEdengan MFR 13,memperlihatkan hal-hal sebagaiberikut. Keteba1an yang meningkat akanmeningkatkanjumlah atau volume dari bahan.Kenaikan ketebalan sebesar 0,50 mmmenyebabkan meningkatnya jumlah bahansebesar 14%, dan kenaikannya sebesar 1,00 mmmenyebabkan meningkatnya jumlah bahansebesar 50 %. Injection time, yaitu waktu untukmengisi 1ubangcetakan berkisar antara 3,56 detiksampai dengan 3,91 detik, sedangkan cycle time,yaituwaktuyangdiperlukanuntukmengisi kembalilubang cetakan (termasuk waktu pendinginanproduk) meningkat seiring dengan meningkatnyaketebalan. Ini kaiena material plastik merupakankonduktor panas yang buruk. Ini akanmeningkatkanjumlah energiyangdigunakanuntukmembuat produk tersebut. Kenaikan ketebalansebesar 1,00 mm, meningkatkan waktu proses(cycle time) menjadi 50 %.

Sementara Tabel 3 memperlihatkantekanan injeksi yang dibutuhkan untukmengalirkan bahan/material ke dalam lubangcetakan. Makin besar ketebalan, makin keciltekanan yang diperlukan. Oemikianjuga tenagaclamping yang digunakan. Inijuga dapat dilihatuntuk material yang berbeda pada Tabel 5.Sebagai keterangan, terdapat rekomendasi bahwauntuk ketebalan 2,00 mm dan 2,25 mm padamaterial yang mempunyai MFR 13, kualitasproduk tidak optimal (medium). Oemikianjugapada prod uk dengan ketebalan 2,00 mm padamaterial yang mempunyai MFR 26.

Tabel 4 dan Tabel 5 memperlihatkanhal yang sarna untuk material HOPE denganMFR 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 materialdengan MFR 26 meningkatkan (mempercepat)waktu injeksi, namun secara keseluruhan waktuproses tidak terpengaruh secara signifikan.

KESIMPULAN

Simulasi komputasi merupakan sarana untuklebih meningkatkan produktivitas (mengurangiaktivitas 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 dengan3,00 mm menggunakan HDPE yang mempunyaiMFR 13 dan MER 26, diperoleh data bahwa

produk ketebalan 2,25 mm dengan menggunakanHDPE yang mempunyai MFR 26 merupakandesain yang tepat untuk produk penyangga ini.

DAFfARPUSTAKA

[1]. FARALIAN POERDJONO,Biodegradable Oriented PE (Blow Moulding

Grade), Seminar Sehari Inovasi AplikasiPP, PE dan Additive pada Proses TerkiniInjection Moulding dan Blow Moulding

[2]. BUDI- SUSANTO SADIMAN, Market

Update, Plastic Market Price Trend,Seminar Sehari Inovasi Aplikasi PP, PEdan Additive pada Proses TerkiniInjection Moulding dan Blow Moulding

[3]. _, MPA 7.1 Tutorials[4]. _, Catia Version 5 Release 15

Documentation

281