## Optimisasi Ketebalan Dinding Model Atap Menara Siger Pada Proses Injection Molding
Yanuar Burhanuddin, Suryadiwansa Harun, Lapri Aries Pukesa Jurusan Teknik Mesin,  Universitas Lampung, Bandar Lampung 35145 Email: yanuar.burhanuddin@eng.unila.ac.id

## Abstrak
Produk  berbahan  baku  plastik  semakin banyak  dijumpai, mulai  dari  peralatan rumah, komponen  elektronik hingga otomotif.  Hal  ini  dikarenakan beberapa  kelebihan  yang  dimiliki  oleh  plastik  seperti  ringan dan tahan karat, lebih murah  dibandingkan    dengan    produk    logam  atau  kayu  serta  proses  pengerjaannya  relatif    mudah.    Proses pembentukan    produk  plastik  yang   palingg    umum  digunakan  adalah    injection  molding.  Penggunaan    plastik    yang semakin    mendominasi  penggunaan    material  menuntut  suatu  usaha  untuk  mengurangi  waktu  dan    biaya    produksi, salah satu caranya  yaitu dengan  memanfaatkan  program  simulasi sebelum dilaksanakan di lantai  produksi. Dengan simulasi    pemoderan    dapat    diketahui    ketebalan  optimal  suatu  produk,  sehingga  produk  yang  dihasilkan  memiliki ketebalan  seminimal  mungkin  dengan  kualitas  yang  dapat  diterima.  Penelitian  ini  akan  mensimulasikan  variasi ketebalan  dinding  terhadap  waktu  pengisian,  suhu  aliran  depan,  waktu  pendinginan,  cacat  garis  dan  udara terperangkap. Variasi ketebalan yang dipilih yaitu 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm dan 4 mm. Dari  hasil simulasi  didapatkan  kesimpulan  bahwa ketebalan  optimal  model adalah sebesar  2 mm, dimana pada  ketebalan  ini memiliki  waktu    pengisian  2,753  detik,  suhu    aliran    depan  230,3 o C,  dan    waktu  pendinginan  25,8    detik.  Cetakan (mold)  mulai    dapat    terisi    cairan    plastik  secara    penuh    mulai  pada  ketebalan  2  mm.  Semua  variasi    ketebalan mengalami cacat produk yang semakin meningkat seiring dengan bertambah ketebalan model.
Kata  kunci: Plastic  Injection  molding,  ketebalan  dinding,  waktu  pengisian,  suhu  aliran  depan,  waktu  pendinginan, cacat garis, udara terperangkap

## PENDAHULUAN
Plastic  Injection  molding merupakan  proses pembentukan yang umum digunakan untuk menghasilkan produk  plastik  secara  massal  dengan  toleransi  dimensi yang baik dengan produktivitas dan ketelitian tinggi tetapi dengan  biaya  yang  relatif  rendah.    Pada  proses injection molding, bahan  baku  plastik  yang  telah  dicairkan  oleh heater ditekan  oleh injector mengalir  masuk  menuju sebuah  cetakan  ( mold). Kemudian  didinginkan  beberapa saat  agar  plastik  yang  ada  di  cetakan  membeku.    Setelah plastik  membeku  dan  keras , plastik  tersebut  dikeluarkan dari mold, sehingga  diperolehlah  produk  plastik  sesuai dengan dimensi geometri yang diinginkan [1]
Untuk dapat menghasilkan produk dengan harga murah  dan  berkualitas,  industri  plastik  dituntut  untuk selalu berinovasi . Salah satu upaya yang dilakukan untuk mendapatkan harga murah yaitu dengan membuat produk dengan  ketebalan  seminimal  mungkin  yang  masih  dapat dibuat dengan kualitas yang masih dapat diterima. Upaya tersebut juga diiringi dengan mempertimbangkan kemudahan  plastik  untuk  dibentuk  pada  mesin injection molding.
Ketebalan dinding selalu diupayakan seoptimal mungkin. Dari  beberapa  literatur  dikatakan  bahwa  ketebalan dinding dapat berkisar antara 0,5 mm – 4 mm. Ketebalan yang  dibuat  tergantung  pada  desain  produk,  ukuran produk dan syarat fungsionalnya [2] .
Dalam  proses  injection  molding  terdapat fenomena short-shot area (bagian pada  cavity yang tidak terisi  melt)  yang  dapat  menimbulkan  cacat  produk  yang diakibatkan  oleh  tekanan  injeksi  yang  kurang.    sehingga perlu  dilakukan  penelitian  variasi  dinding  yang  optimal.
Sebelum  diadakan  pengujian  secara  riil,  melalui  simulasi proses  injeksi  pola  aliran  plastik  didalam  cetakan  dapat dilihat. Penggunaan perangkat lunak untuk mensimulasikan  proses  produksi  dapat  menghemat  biaya pengembangan  produk  karena  tidak  perlu  melakukan percobaan secara riil [1].
Penelitian  ini  akan  membuat  desain  model miniatur atap menara siger berbahan baku polypropylene . Model  miniatur  material  plastik  dalam  proses  injection molding  dapat  didesain  dengan  menggunakan  perrangkat lunak.  Model  dibuat  dengan  bervariasi  ketebalan  mulai dari 1 – 2 mm dengan kenaikan 0,25 mm. Model tersebut secara  simulasi  akan  diuji  kemampuan  dari  plastik  cair untuk  mengisi mold serta  dilakukan  analisa  kualitas. Pengujian  dilakukan  menggunakan software  Moldflow Plastic Advisers 7.3 (MPA 7.3) . Saat simulasi, temperatur mold , temperatur melt dan tekanan injeksi dibuat konstan.

## METODA PENELITIAN

## Pemodelan Atap Menara Siger
Model  miniatur  atap  Menara  Siger  mempunyai dimensi panjang  295  mm, lebar 114 mm dan tinggi 132 mm.  Bentuk  model  miniatur  atap  Menara  Siger  dapat dilihat  pada  Gambar  1.  Untuk  mempermudah  analisis maka  simulasi  pemodelan  dibuat  simetri  terhadap  bidang xy.  Dalam  pelaksanaan  simulasi  model  miniatur  atap Menara  Siger  divariasikan  ketebalan  dindingnya.  Variasi ketebalan dinding model yaitu 1 mm; 1,5 mm; 2 mm; 2,5 mm; 3 mm; 3,5 mm dan 4 mm.

## Gambar 1 Gambar model miniatur atap Menara Siger

## Material
Material  yang  digunakan  sebagai  bahan  baku  model miniatur  atap  Menara  Siger  adalah  polipropilen  dengan nama  komersial  AP  6106HS.  Karakteristik  polipropilen dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1 Karakteristik Polipropilen [3] Struktur : Ko-polimer Suhu leleh ( o C) 210 - 290 Kepadatan (kgm -3 ) : 905 Kekuatan tarik (MPa) : 25 Modulus kelenturan (GPa) : 1 Pemanjangan sampai patah (%) : 300 Kekerasan : RC80 Impak (Izod, kJm -1 ) : 0,1

## Kondisi Simulasi
Kondisi operasi simulasi yaitu suhu mold 50 o C , suhu leleh  polipropilen  250 o C  dan  tekanan  injeksi  120  MPa. Setelah  ditetapkan  material  dan  kondisi  operasi  maka simulasi  dilakukan  menggunakan  Moldflow.  Parameter hasil  yang  dilihat  dari  simulasi  yaitu  waktu  pengisian, suhu  aliran  depan,  waktu  pendinginan,  cacat  garis  dan udara terperangkap.
Sebelum melakukan simulasi terlebih dahulu dilakukan  analisis    lokasi    gate  yang    optimal.    Analisis lokasi    gate    bertujuan  untuk  memperoleh  penempatan gate    dengan    prediksi  kualitas    yang    baik    sehingga meminimalisasi  kemungkinan cacat  pada  produk.  Hasil analisa  lokasi  gate terlihat  seperti  pada  gambar  2. Dari gambar    tersebut    terlihat    warna  yang    mengindikasikan bahwa lokasi   gate  paling  baik   ditandai dengan daerah y'ang  berwarna  biru, daerah  yang  baik ditandai  dengan warna hijau, daerah  yang  kurang  baik  ditandai  dengan warna    kuning,    sedangkan    daerah    yang  buruk  untuk dijadikan    gate  adarahdaerah    yang    ditandai  dengan wama  merah. Karena pada puncak tengah model Menara Siger  terlihat  berwarna  hijau  dan  simetri  maka  lokasi tersebut dipilih sebagi gate.
Gambar 2 Pemilihan lokasi saluran masuk (gate)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  dilakukan  simulasi    Moldflow    7    variasi ketebalan    dinding    atap    miniatur    menara    siger maka diperoleh  nilai  waktu  pengisian, suhu  aliran depan,   waktu   pendingin  serta imej  cacat  garis   dan udara  terperangkap    dari.  Data  hasil    dari  simulasi Moldflow dapat dilihat  pada  tabel  2.
Tabel 2 Data hasil  simulasi No  Ketebalan (mm) Waktu Pengisian (detik) Suhu Aliran Depan ( o C) Waktu Pendingin- an (detik) 1 1 1,388 230,5 - 2 1,5 3,568 230,3 - 3 2 2,753 230,3 25,8 4 2,5 2,988 230,2 43,99 5 3 3,113 230,1 60,7 6 3,5 3,280 230,1 147,9 7 4 3,855 230,1 102,9
Kurva hubungan  antara  ketebalan  produk dan parameter hasil dapat dilihat pada gambar 3, 4 dan 5. Pada gambar 3 terlihat  bahwa    waktu    pengisian    tertinggi    terjadi    pada ketebalan produk  4 mm dengan  waktu  pengisian  3,855 detik  sedangkan  waktu pengisian  terendah  terjadi  pada ketebalan  produk  1 mm  yaitu 1,388  detik.  Peningkatan waktu  pengisian  tertinggi    terjadi    antara  ketebalan  lmm dan  l,5mm  yaitu    2,18    detik.  Hal  ini    dimungkinkan karena pada ketebalan  1,5 mm  terjadi  aliran  balik fluida plastik    cair  yang    disebabkan    aliran  turbulen    pada model    part    yang    belum  dapat  terisi  penuh  oleh  plastik cair.        Namun  setelah  ketebalan    2  mm  hingga  4  mm waktu pengisian  cenderung  meningkat secara  teratur.
Gambar 3 Kurva  waktu  pengisian dari 7 variasi ketebalan  produk
Untuk  kurva  suhu  aliran  depan  pada  gambar    4  terlihat bahwa suhu aliran  depan menurun mulai pada  ketebalan produk  1 mm  dengan  suhu 230,5 o C sampai suhu  aliran depan  terendah  yang terjadi  pada ketebalan  dinding  3 mm, 3,5  mm dan  4 mm dengan suhu  238,1 o C.
Gambar 4 Kurva  suhu aliran depan dari 7 variasi ketebalan produk
Gambar    5    memperlihatkan  kurva  waktu  pendinginan yang  cenderung meningkat mulai ketebalan 2 mm hingga 3,5  mm,  namun    waktu    pendinginan  menurun  pada ketebalan    4  mm.  Penurunan  waktu    pendinginan  pada ketebalan  4  mm  terjadi  karena    laju    perpindahan  panas berlangsung  lebih    cepat    dari  ketebalan  sebelumnya. Pada ketebalan  1 rnm  dan 1,5 mm tidak  dapat  diketahui hasil  analisa  waktu pendinginan,    hal  ini    disebabkan    karena    pada    kedua ketebalan    tersebut    produk    belum  dapat    terisi    dengan baik.
Gambar 5 Kurva waktu pendinginan pada berbagai variasi ketebalan
Analisis  cacat    produk    berupa    cacat    garis    dan  udara terperangkap  dalam simulasi ini  menunjukkan   seluruh variasi    ketebalan    model    yang    digunakan  mengalami cacat    produk.    Namun  cacat    produk    paling    banyak terlihat    pada    ketebalan  produk    4  mm  (lihat  gambar  6 dan  7)  .  Cacat    produk    paling    sedikit  terlihat    pada ketebalan    produk    1  mm    (gambar    8  dan    9),    namun pala ketebalan  ini  cairan plastik  belum  dapat  mengisi secara  penuh  mold   model.    Dari perbandingan   gambar hasil  sirnulasi    menunjukkan    bahwa    cacat    produk meningkat  jumlahnya    seiring  dengan    bertambahnya ketebalan model.
Gambar  6. Cacat garis yang terjadi pada ketebalan dinding 1 mm
Gambar 7 Gas terperangkap pada dinding dengan ketebalan 1 mm
Gambar 8. Cacat garis terjadi pada ketebalan dinding 4
mm
Gambar 9 Gas terperangkap terjadi pada ketebalan dinding 4 mm
Dari  analisis    dapat    disimpulkan    bahwa    pada ketebalan  1 mm dan 1,5  mm tidak  dapat  dipilih sebagai ketebalan  optimal  karena  model  miniatur belum  dapat terisi    penuh    sehingga    nilai  waktu    pendinginan    tidak dapat  diketahui  seperti  yang    terlihat    pada    gambar    5, dengan    dcmikian    ketebalan    optimal  diperoleh    adalah ketebalan    2  mm.    Hal  ini    berdasarkan    pada    fakta bahwa    pada  ketebalan    2  mm  memiliki    nilai    waktu pengisian    tercepat    yaitu  2,753    detik    dan  waktu pendinginan  tercepat    yaitu    25,8  detik,  sedangkan    nilai suhu  aliran  depan    relatif    sama    dengan    ketebalan lainnya  yaitu pada  230 o C.

## KESIMPULAN
Dari simulasi dan analisis variasi ketebalan dinding model miniatur dapat diambil beberapa kesimpulan:
1. Mold  mulai  dapat  terisi  cairan  plastik  secara  penuh mulai ketebalan 2 mm sampai 4 mm.
2. Dalam  simulasi  semua  variasi  ketebalan  pada  model miniatur  mengalami  cacat.  Cacat  produk  meningkat seiring dengan ketebalan dinding.
3. Ketebalan optimal model adalah 2 mm dengan waktu pengisian tercepat 2,753 detik, suhu alitan depan 230 o C  dan  waktu  pendinginan  tercapat  25,8  detik.  Pada ketebalan  dinding  2  mm  cacat  garis  dan  udara terperangkap yang terjadi sedikit.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] K.A. Beiter & K. Ishii D.R. Busick, "Design for injection molding: Using process simulation to asses tolerance feasibility," 1994.
[2] Amelia Sugondo, "Kajian Pengaruh Ketebalan Pada Kualitas dan Mampu Bentuk Dengan Menggunakan
Simulasi Pada Proses Injection Molding (Studi Kasus:
Model Gelas)," dalam Seminar Nasional Teknik Mesin 3 , Surabaya, 2008, pp. 1-5.
[3] Colin Hindle. Polypropylene. http://www.bpf.co.uk/plastipedia/polymers/pp.aspx.
akses tanggal 11 November 2015