## ANALISIS CETAKAN PLASTIK INJEKSI SPESIMEN UJI TARIK MELALUI SIMULASI PLASTIK INJEKSI MENGGUNAKAN AUTODESK FUSION 360

## ANALYSIS OF INJECTION PLASTIC MOLDING TENSILE TEST SPECIMEN THROUGH INJECTION PLASTIC SIMULATION USING AUTODESK FUSION
360
Supandi 1) , Adhes Gamayel 2) , Kasum 3) , Sidik Mulyono 4) , M Zaenudin 5,*) 1,2,3,4,5 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Global Jakarta, Depok, Indonesia email:supandi.77@gmai.com 1) , adhes@jgu.ac.id 2) , kasum@jgu.ac.id 3) , sidik@jgu.ac.id 4) , mzaenudin@jgu.ac.id 5)*
Received:
13 Juni 2024 Accepted: 22 Maret 2024 Published: 27 Juni 2024

## Abstrak
Plastik  injeksi  ( injection  molding )  merupakan  sebuah  metode  pembentukan produk dari biji plastik menjadi berbagai produk kebutuhan sehari-hari. Dalam hal  penunjang  kebutuhan  sehari-hari,  produk  hasil  cetak  plastik  injeksi  harus memenuhi kriteria, seperti kekuatan, keuletan, kelenturan, kekerasan, dsb. Salah satu cara yang paling mudah adalah dengan melakukan uji tarik. Pada penelitian ini,  pembuatan  cetakan  untuk  produk  spesimen  uji  tarik  dilakukan  melalui beberapa  tahapan  proses,  yaitu  perancangan  dan  simulasi,  fabrikasi,  dan  uji produk. Software Autodesk  Fusion  360  digunakan  dalam  proses  perancangan untuk mensimulasikan dan memprediksi  aliran material saat proses injeksi  ke dalam cetakan dengan beberapa variasi parameter berupa waktu, suhu material, dan suhu cetakan. Hasil yang didapatkan  yaitu dengan menggunakan material plastik polypropylene (PP), kondisi injeksi yang maksimal yaitu menggunakan suhu pelelehan 230°C dan suhu cetakan 50°C dengan waktu injeksi 14.5 detik, di mana diprediksi produk mudah terisi dan kualitas yang dihasilkan mencapai 100%  baik.  Penelitian  ini  telah  berhasil  melakukan  perancangan  dan memprediksi  proses  injeksi  plastik  yang  dapat  dimanfaatkan  dalam  proses pencetakan  plastik  melalui  proses  injeksi  sesungguhnya  di  industri  yang menggunakan material polypropylene (PP). Kata kunci: cetak injeksi, analisis cetakan, fusion 360.

## Abstract
Plastic  injection  (injection  molding)  is  a  method  of  forming  products  from plastic  pellets  into  various  daily  necessities  products.  In  terms  of  supporting daily  needs,  plastic  injection  molded  products  must  meet  criteria,  such  as strength, ductility, flexibility, hardness, etc. One of the easiest ways is to do a tensile  test.  In  this  research,  mold  with  the  shape  of  tensile  test  specimen products  was  carried  out  through  several  process  stages,  namely  design  and simulation, fabrication, and product testing. Autodesk Fusion 360 software is used  in  the  design  process  to  simulate  and  predict  material  flow  during  the injection process into the mold with several parameter variations in the form of time, material temperature and mold temperature. The results obtained were by using  polypropylene  (PP)  plastic  material,  the  maximum  injection  conditions were by suing a melting temperature of 230°C and a mold temperature of 50°C
with an injection time of 14.5 seconds, where it was predicted that the product would  be  easy  to  fill  and  the  resulting  quality  would  reach  100%  good.  This research has succeeded in designing and predicting a plastic injection process that can be utilized in the plastic molding process through the actual injection process in industries that use polypropylene material.
Keywords: injection molding, mold analysis, fusion 360
DOI:10.20527/sjmekinematika.v9i1.278 How to cite : Supandi S., Gamayel A., Kasum K., Mulyono S., & Zaenudin M., “Analisis Cetakan Plastik Injeksi Spesimen Uji Tarik Melalui Simulasi Plastik Injeksi Menggunakan Autodesk Fusion 360”. Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika , 9(1), 46-54, 2024.

## PENDAHULUAN
Estetika  dalam  produk  merupakan  aspek  krusial  dalam  keberhasilan  suatu  produk karena  ia  menjadi  fondasi  esensial  dalam  mempengaruhi  kepuasan  dan  daya  tarik konsumen[1].  Pengendalian  aliran  bahan  plastik  ke  dalam  cetakan  memiliki  dampak signifikan terhadap kualitas permukaan produk, yang pada gilirannya akan mempengaruhi aspek  estetika  dari  produk  tersebut.  Keberadaan  cacat  pada  produk  dapat  berpotensi menimbulkan  penolakan  produk  oleh  konsumen,  bahkan  jika  cacat  tersebut tidak tampak secara kasat mata[2]. Teknik produksi injeksi, seperti yang digunakan dalam proses injeksi plastik, umumnya digunakan untuk mencetak berbagai produk, baik yang digunakan dalam lingkungan interior maupun eksterior. Contohnya meliputi komponen interior dan eksterior dalam  industri  otomotif,  peralatan  rumah  tangga,  dan  perangkat  seluler,  yang  semuanya merupakan  produk  hasil  cetakan  injeksi  plastik.  Demi  memenuhi  standar  kualitas permukaan yang tinggi serta mencapai efisiensi dalam pemrosesan polimer, banyak produk diproduksi  dengan  permukaan  yang  bersih  tanpa  perlu finishing tambahan  seperti pengecatan atau pelapisan, meskipun sering kali faktor cacat turut mempengaruhi berbagai aspek  produksi  ini[3].  Dalam  beberapa  kasus  penggunaan  material  alternatif  dari  bahan limbah menjadi salah satu pilihan, namun memerlukan perangkat seperti mesin pencacah[4].
Sejumlah  faktor  yang  terkait  dengan  sifat  material,  desain  cetakan,  dan  pengaturan proses  memiliki  pengaruh  signifikan  terhadap  kualitas  permukaan  produk.  Saat  melalui tahap pencetakan injeksi, lelehan polimer mengalami berbagai deformasi reologi dan sejarah termal  karena  terkena  tekanan  tinggi  dan  perubahan  suhu  yang  cepat[5].  Morfologi  yang tidak homogen yang muncul akibat penggunaan aditif seperti serat penguat, aditif mineral, dan agen berbusa juga berperan dalam mempengaruhi kualitas serta anisotropik pada bagian yang  dihasilkan.  Penyusutan  akibat  perubahan  panas  dan  medan  aliran  dalam  cetakan, bersama dengan sifat PVT (tekanan, volume spesifik, suhu) dari material, telah terbukti turut serta  dalam  menjaga  stabilitas  dimensi  dan  kualitas  permukaan  produk[6].  Selain  itu, distribusi  tegangan  dan  pola  pengisian  yang  diakibatkan  oleh  aliran  serta  karakteristik viskoelastik bahan polimer turut berperan dalam menentukan cacat permukaan dan kualitas optik  bahan[7].  Untuk  memprediksi  kualitas  produk  hasil  cetakan  injeksi,  yang  dapat dipengaruhi  oleh  berbagai  faktor,  insinyur  modern  saat  ini  lebih  sering  bergantung  pada penggunaan perangkat lunak simulasi komputer untuk memprediksi luaran produk sebelum produk tersebut di fabrikasi[8,9].
Pada penelitian ini produk jadi berupa spesimen uji tarik dirancang sedemikian rupa mengikuti  standar  ASTM-E8.  Detail  dimensi  spesimen  uji  tarik  untuk  standar  ASTM-E8 dapat dilihat pada Gambar 2(a). Aliran di dalam cetakan disimulasikan menggunakan piranti lunak Autodesk Fusion 360 versi akademik. Simulasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap hasil produk setelah melalui proses cetak injeksi. Hasil simulasi dengan piranti  lunak,  termasuk Autodesk  Fusion  360 ,  membantu  mengidentifikasi  area  masalah utama  sebelum  produk  tersebut  diproduksi  yang  sangat  sulit  diprediksi  dengan  metode
tradisional[10].  Analisis  terhadap  hasil  simulasi  sangat  penting  untuk  dijadikan  dasar merancang dan membuat mold melalui peningkatan-peningkatan dan interpretasi hasil untuk menunjukkan bagaimana perubahan ketebalan dinding, lokasi gate , material yang digunakan dan juga terkait dengan geometri produk yang juga mempengaruhi kemampuan manufaktur dan  eksperimen  dengan  skenario  “ how-if ”  sebelum  menyelesaikan  desain.  Penggunaan perangkat  lunak  simulasi injection  molding ke  dalam  proses  desain  cetakan  untuk menganalisis  produk,  memperkirakan  kemungkinan  cacat,  dan  mengoptimalkan  desain untuk mencapai hasil produk yang maksimal dengan waktu siklus minimum dalam setiap siklus  produksi.  Dari  berbagai  referensi yang  sudah  dicantumkan,  penelitian  ini  berfokus pada perancangan cetakan spesimen uji tarik dengan menggunakan simulasi plastik injeksi dengan piranti lunak Autodesk Fusion 360. Hal ini dilakukan untuk menentukan pengaturan parameter  yang  tepat  untuk  dijadikan  acuan  saat  proses  produksi  dan  juga  mengetahui hubungan  pengaruh  variasi  waktu  injeksi  terhadap  tingkat  kualitas  pengisian  material  ke dalam cetakan ( cavity mold ), pengaruh waktu injeksi terhadap berat produk serta pengaruh pada dimensi dan cacat pada produk yang dihasilkan dari variasi waktu injeksi.

## METODE PENELITIAN
Dalam  simulasi flow  analysis [11],  beberapa  set  persamaan  digunakan  sebagai persamaan  yang  mendasari  simulasi,  yaitu  persamaan  konservasi  massa,  persamaan momentum, dan persamaan energi. Persamaan 1, 2, dan 3 masing-masing mendefinisikan hal tersebut.
𝜕𝜌 𝜕𝑡 + ∇ ⋅ (𝜌𝒖) = 0 (1)
𝜕(𝑝𝒖) 𝜕𝑡 + ∇ ⋅ (𝜌𝒖𝒖) = −∇𝑝 + ∇ ⋅ 𝜏 + 𝜌𝑔 (2) 𝜕(𝜌𝐸) 𝜕𝑡 + ∇ ⋅ (𝜌𝐸𝒖) = ∇ ⋅ (𝜆𝛻𝑇) − ∇ ⋅ (𝒖𝑝) + 𝜌𝒖 ⋅ 𝑔 + 𝑞̇ (3)
Pada  Persamaan  1, 𝜕 merupakan  operator  untuk  persamaan  diferensial  partial, 𝜌 adalah kerapatan massa fluida, ∇ merupakan operator untuk vector pada persamaan diferensial, dan 𝑣 adalah  vektor  kerapatan  fluida.  Pada  Persamaan  2, 𝜌 adalah  tekanan, 𝜏 adalah  tensor tegangan  viscous,  dan 𝑔 adalah  vektor  gravitasi.  Sedangkan,  pada  Persamaan  3, 𝐸 yaitu energi total per unit massa, 𝜆 adalah konduktivitas termal, 𝑇 adalah suhu, dan 𝑞̇ adalah laju produksi  panas.  Persamaan-persamaan  tersebut  membentuk  dasar  untuk  simulasi  aliran dalam  konteks  injeksi,  namun  diperlukan  parameter  dan  kondisi boundary yang  sesuai. Dalam kasus ini, boundary condition didefinisikan dengan suatu model cetakan, dengan wall berupa  batas-batas  pada  desain  model  cetakan.  Batas  suhu  dibuat  bervariasi  sesuai parameter, yang kemudian berpengaruh pada berapa lama proses pencetakan.
Langkah penelitian yang dilakukan tertera pada diagram alir penelitian pada Gambar 1. Pengumpulan data melalui studi literatur dilakukan sebagai langkah awal penelitian. Hal ini  bertujuan  untuk  mengidentifikasi  sejauh  mana  simulasi moldflow sudah  dilakukan  di kalangan  akademik  untuk  proses  perancangan  cetakan  injeksi.  Hal-hal  seperti  parameter pada proses cetak injeksi juga menjadi salah satu data penelitian awal yang dijadikan rujukan pada penelitian ini. Setelah didapatkan data yang sesuai, maka perancangan cetakan dibuat sedemikian  rupa  mengikuti  bentuk  spesimen  uji  tarik  standar  ASTM-E8[12],  dengan memperhatikan  penempatan gate pada  cetakan.  Kemudian,  simulasi moldflow dilakukan sesuai  dengan  parameter-parameter  yang  digunakan,  yaitu  waktu  injeksi  mulai  dari  5-30
detik, dengan penambahan masing-masing selama 5 detik, dan parameter suhu mulai dari 200°C sampai dengan 230°C.
Desain  produk  berupa  spesimen  uji  tarik  dapat  dilihat  pada  Gambar  2,  yaitu  2(a) skematis spesimen uji tarik dan (b) bentuk cetakan/ mold injeksi plastik. Bentuk sebagaimana pada  Gambar  2  adalah  bentuk  yang  sudah  jadi  sehingga  siap  untuk  proses machining . Beberapa bagian penting terkait dengan proses cetak injeksi seperti gate , cavity , dan guide sudah  tersedia  dengan  ukuran  yang  dianggap  sesuai.  Namun  demikian,  dari  bentuk  yang sudah dirancang tersebut masih perlu dilakukan suatu simulasi yang berkaitan dengan filling time, filling confidence , dan prediksi kualitas produk. Ketiga hal tersebut merupakan hasil diharapkan,  sehingga  nantinya  dapat  dijadikan  acuan  dalam  proses  cetak  injeksi  plastik dengan hasil yang maksimal.
Gambar 1. Diagram alir penelitian.
(a)
(b)
Gambar 2. Skematis (a) Spesimen dan (b) Bentuk cetakannya.
Keterangan:
1. Cavity base.
2. Core base.
3. Pin Guide 0.
4. Pin Guide 2.
5. Pin Guide 3.
6. Pin Guide 1.
7. Product Specimen.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah bentuk cetakan berhasil dirancang sedemikian rupa, maka proses selanjutnya adalah melakukan simulasi dengan software Fusion 360 untuk melihat beberapa parameter yang terkait filling time, filling confidence, dan kualitas produk. Gambar 3 memperlihatkan hasil simulasi untuk hasil pada parameter yang paling optimal, yaitu proses injeksi molding yang dilakukan pada suhu 220°C. Ukuran lubang runner gate yang digunakan yaitu 3 mm × 2.5 mm, yang mana nilai ini sudah cukup optimal. Ukuran runner gate, meskipun bukan pada ranah studi ini, mempengaruhi hasil cetakan, sehingga beberapa pertimbangan seperti massa total produk hasil dan panjang jalur aliran harus diperhitungkan untuk memastikan plastik yang diinjeksi sampai pada area ujung cetakan.
Berdasarkan hasil simulasi, tingkat pengisian material terhadap cetakan dapat dilihat dari warna biru yang menunjukkan waktu terpendek dan warna merah menunjukkan waktu terlama  yang  akan  dilalui  oleh  aliran  material  (dalam  kasus  ini material  polimer  PP)  dan diperoleh nilai filling time sebesar 0.83 detik (Gambar 3). Nilai ini dianggap sudah cukup baik, sehingga dapat digambarkan secara kasar bahwa dengan bentuk spesimen dan cetakan seperti  pada  desain  kita  dapat memproduksi  sebanyak  1  buah  dalam  waktu  1  detik.  Pada Gambar 4 untuk simulasi filling confidence , warna hijau pada spesimen menunjukkan bahwa sampel  berhasil  diproduksi  dengan  baik  dan filling  confidence mencapai  100%.  Hal  ini sebetulnya  wajar,  mengingat  bentuk  produk  yang  cenderung  sederhana  dan  tidak  ada lekukan-lekukan atau bagian-bagian tertentu yang rumit yang dapat mencegah/mengurangi kualitas produk. Sementara pada simulasi untuk prediksi kualitas produk (Gambar 5) untuk mendapatkan  kualitas  produk  yang  baik,  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  proses filling, packing, dan cooling adalah selama 15 detik. Dengan waktu selama tersebut, kualitas produk sudah merupakan nilai maksimal.
Gambar 3. Hasil simulasi filling time
Gambar 4. Hasil simulasi filling confidence
Gambar 5. Hasil simulasi prediksi kualitas produk
Berdasarkan  simulasi  yang  sudah  dilakukan,  maka  kemudian  bentuk mold dibuat untuk dilakukan konfirmasi hasilnya. Detail bentuk cetakan ( mold ) sebagaimana dimaksud dapat dilihat pada Gambar  6. Secara umum, mold terdiri dari nozzle, runner gate, lubang pin , dan gas vent . Keseluruhan bagian tersebut merupakan standar yang sudah sering dipakai di dunia industri ketika akan mendesain suatu mold untuk keperluan injeksi plastik. Untuk melakukan produksi spesimen uji tarik, maka alat sederhana untuk injeksi plastik dirancang sedemikian rupa sebagaimana terlihat pada Gambar 7, sehingga plastik PP maupun PE yang awalnya  berupa  bijih  plastik  dapat  diubah  menjadi  spesimen.  Parameter  yang  digunakan menggunakan parameter pada uji simulasi  yang paling optimal, yaitu pada suhu 220° dan hasilnya  dapat  dilihat  pada  Gambar  7,  paling  kanan.  Dapat  dilihat  bahwa  hasil  produksi spesimen uji tarik sangat baik, dan dari observasi visual, tidak terlihat kecacatan tertentu, meskipun dalam beberapa kasus perlu dilakukan penyesuaian-penyesuaian yang berkaitan dengan  penggunaan  alat  pencetak  plastik  dengan  metode  injeksi.  Beberapa  penyesuaian tersebut  berkaitan  dengan  pengontrolan  suhu  dan  tekanan,  yang  mana  dalam  hal  ini dikendalikan dengan menggunakan sistem programmable logic control (PLC) [13,14].
Gambar 6. Bentuk cetakan yang sudah diproduksi.
Gambar 7. Contoh proses produksi spesimen uji tarik dengan cetakan menggunakan parameter optimal, yaitu pada suhu 220° , sesuai dengan desain pada simulasi di piranti lunak Fusion 360 dengan menggunakan mesin injeksi plastik sederhana.

## KESIMPULAN
Perancangan bentuk cetakan (mold ) untuk spesimen uji tarik sudah berhasil dilakukan, dan  simulasi  untuk  mendapatkan  parameter  terbaik  dalam  proses  pencetakan  juga  sudah
berhasil didapatkan. Proses manufaktur untuk cetakan dan mesin injeksi plastik sederhana telah  berhasil  dibuat,  dan  beberapa  spesimen  uji  coba  juga  sudah  berhasil  diproduksi. Penelitian kemudian mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Penggunaan  perangkat  lunak Autodesk  Fusion  360 memberikan  peranan  penting dalam  mempercepat  proses  manufaktur,  dari  desain  hingga  produksi,  sehingga mengurangi proses trial-and-error yang banyak berkaitan dengan proses manufaktur, termasuk pada injeksi plastik;
2. Parameter-parameter untuk produksi plastik dengan teknik injeksi pada mesin injeksi plastik  sederhana  sudah  berhasil  didapatkan,  dan  sesuai  dengan  parameter  yang digunakan pada simulasi dengan perangkat lunak Autodesk Fusion 360, yaitu waktu total pencetakan antara 5-30 detik, dan menggunakan suhu antara 200°-230° C. Hasil cetakan terbaik didapatkan pada suhu 220° dengan total waktu pencetakan selama 15 detik.

## REFERENSI
[1] C. Crolic, Y. Zheng, J. Hoegg, & J. W. Alba, “The influence of product aesthetics on consumer  inference  making,” Journal  of  the  Association  for  Consumer Research , 4 (4), 398-408, 2019.
[2] A Best,  &  A.  R.  Andreasen,  “Consumer  response  to  unsatisfactory  purchases:  A survey of perceiving defects, voicing complaints, and obtaining redress,” Law & Soc'y Rev. , 11 , 701, 1976.
[3] I.  Mawardi,  H  Hasrin,  &  H.  Hanif,  “Analisis  Kualitas  Produk  dengan  Pengaturan Parameter  Temperatur  Injeksi  Material  Plastik  Polypropylene  (PP)  Pada  Proses Injection Molding,” Industrial Engineering Journal , 4 (2), 2015.
[4] Romansa,  A.  Gamayel,  Y.  K.  P.  Saleh,  &  M  Zaenudin,  “Simulasi  Beban  Rangka Mesin  Pencacah  Plastik  Menggunakan  Software  Autodesk  Inventor”. Integrated Mechanical Engineering Journal , 1 (1), 30-36, 2023.
[5] M. Bek, J. Gonzalez-Gutierrez, C. Kukla, K. Pušnik Črešnar, B. Maroh, & L. Slemenik Perše, “Rheological behaviour of highly filled materials for injection moulding and additive  manufacturing:  Effect  of  particle  material  and  loading,” Applied Sciences , 10 (22), 7993, 2020.
[6] H. Mavridis, A. N. Hrymak, & J. Vlachopoulos, “Finite element simulation of fountain flow in injection molding,” Polymer Engineering & Science , 26 (7), 449-454, 1986.
[7] M.  F.  Lacrampe  &  J.  Pabiot,  “Defects  in  surface  appearance  of  injection  molded thermoplastic parts--a review of some problems in surface gloss distribution,” Journal of Injection Molding Technology , 4 (4), 167, 2000.
[8] S. Fellahi, A. Meddad, B. Fisa, & B. D. Favis, “Weldlines in injection‐molded parts: A  review,” Advances  in  Polymer  Technology:  Journal  of  the  Polymer  Processing Institute , 14 (3), 169-195, 1995.
[9] M. Rizki, A. Gamayel, & M. Zaenudin, “Simulation on the influence of the shape of the  carabiner  as  a  hanging  accessory  on  stress  distribution  using  Autodesk  Fusion 360,” JTTM: Jurnal Terapan Teknik Mesin , 5 (1), 33-40, 2024.
[10]  D.  Sofyan,  A.  Gamayel,  &  M.  Zaenudin,  “Simulasi  Uji  Impact  Pada  Desain  Velg Berbahan  ASTM  A299  dengan  Diameter  15inch  dengan  Standard  Uji  SAE J175,” Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika , 8 (1), 85-93, 2023.
[11]  M. Vishnuvarthanan, R. Panda, & S. Ilangovan, “Optimization of injection molding cycle  time  using  moldflow  analysis,” Middle-East  Journal  of  Scientific Research , 13 (7), 944-946, 2013.
[12]  J.  H.  Westbrook,  “Standards  and  Metadata,” Requirements  for  Computerization  of Selected Mechanical Properties of Metallic Materials, NBS Special Publication , 702 ,
1985.
[13]  K. Hamzah, A. Gamayel, M. Zaenudin, Y. K. P. Saleh, & N. C. Hidayat, “Perancangan Sistem  Pneumatik  PLC  Trainer  Berbasis  Pemograman  Software  Festo  Fluidsim 3.6,” Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika , 8 (2), 140-148, 2023.
[14]  M.  Zaenudin,  Y.  K.  P.  Saleh,  A.  Sunardi,  D.  Nugraha,  S.  Faizah,  A.  Gamayel,  K. Hamzah,  &  A.  N.  Haryudiniarti,  “Pengembangan  Alat  Peraga  Pneumatik  Otomatis Berbasis  PLC  dan  Pendampingan  Penggunaannya  Pada  SMK  Bina  Industri Bekasi,” Jurnal Abdi Insani , 11 (1), 280-287, 2024.