## PERANCANGAN ALAT RESIN TRANSFORMER MOULDING (RTM) SEBAGAI MESIN PENCETAK SPESIMEN KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT ALAM DENGAN SISTEM INJEKSI MENGGUNAKAN METODE VDI 2221

## Jefri Samuel Bale,Rima Nindia Selan, Antonius Fandie Tei Seran
Program Studi Teknik Mesin, Fakults Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana,  Jl. Adisucipto Penfui, Kupang, NTT, 85001, Indonesia E-mail: jefri_bale@staf.undana.ac.id

## Abstrak
Perkembangan  di  bidang  teknologi  dan  sciences  belakangan  ini  mendorong  material  komposit banyak di gunakan pada berbagai macam produk. Komposit yang diperkuat oleh serat alam telah banyak  digunakan  untuk  aplikasi  seperti  aerospace,  otomotif,  alat  olahraga,  papan  sirkuit,  dan lain-lain.  Dalam  sebuah  perancangan  terdapat  beberapa  metode  yang  biasa  digunakan,  salah satunya  adalah  metode  VDI  2221.  Metode  VDI  2221  menggunakan  pendekatan  sistematik terhadap  desain  untuk  sistem  teknik  dan  produk  teknik.  Metode  VDI  2221  ini  mempermudah perancang  untuk  membuat  suatu  produk  sehingga  perancangan  produk  dapat  tercapai.  Oleh karena  itu  penulis  mempunyai  rancangan  untuk  membuat  alat  resin  transfer  moulding  (RTM) sebagai mesin pencetak spesimen komposit serat alam dengan sistem injeksi menggunakan metode VDI 2221 di harapkan dengan teknologi sistem injeksi bahan komposit yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik. Hasil perancangan mesin pencetak spesimen komposit berpenguat serat alam ini berdimensi panjang 110 cm, lebar 35 cm dan tinggi 60 cm.
Kata kunci : alat resin transformer moulding; pencetak spesimen komposit; VDI 2221

## Abstract
Recent developments in the fields of technology and science encourage composite materials to be widely  used  in  various  kinds  of  products.  Composites  reinforced  by  natural  fibers  have  been widely used for applications such as aerospace, automotive, sports equipment, circuit boards, and others.  In  a  design,  there  are  several  methods  that  are  commonly  used, one  of  which  is  the  VDI 2221  method.  The  VDI  2221  method  uses  a  systematic  approach  to  design  engineering  systems and engineering products. The VDI 2221 method makes it easier for designers to make a product so that product design can be achieved. Therefore the author has a design to make a resin transfer molding  (RTM)  tool  as  a  natural  fiber  composite  specimen  printing  machine  with  an  injection system  using  the  VDI  2221  method.  The  results  of  the  design  of  this  natural  fiber-reinforced composite  specimen  printing  machine  have  dimensions  of  110  cm  long,  35  cm  wide,  and  60  cm high.
Keywords: resin transformer molding tool;  composite specimen printer; VDI 2221

## PENDAHULUAN
Resin  transfer  moulding  (RTM)  baru- baru  ini  menjadi  terkenal  sebagai  proses volume  tinggi  berkecepatan  tinggi  untuk pembuatan komponen otomotif dengan throughput  yang  lebih  tinggi  dan  biaya  yang lebih  rendah  dibandingkan  dengan  metode tradisional.  Dalam  proses  RTM,  preform kering  pertama  disampirkan  ke  cetakan, cetakan ditutup, dan kemudian resin disuntikkan  ke  dalam  cetakan.  Dalam  proses RTM, ada tiga tahap penting dalam
pencetakan;  a)  injeksi  resin  (pengisian)  b) pengawetan  resin  dan  c)  pengeluaran  dan pendinginan  bagian.  Injeksi  adalah  tahap  di mana  resin  disuntikkan  ke  dalam  rongga cetakan  untuk  membasahi  serat.  Setelah  resin mengisi  rongga  cetakan,  injeksi  dihentikan. Bahan pengawet ditambahkan ke resin sebelum  injeksi  resin  untuk  mempercepat proses pengawetan. Curing adalah tahap ketika resin  berpolimerisasi  dan  menjadi  padat  di sekitar serat.
Ada  beberapa  penelitian  yang  sudah
dilakukan  pada  pembuatan  mesin  injeksi dengan judul Rancang Bangun Plastic Injection  Moulding Pada Pemanfaatan  Limbah Plastik  Untuk  Gagang  Pisau.  Alat  tersebut berukuran  300x250  mm  dengan  tinggi  sekitar 480  mm.  Kapasitas  daya  motor  yang digunakan  adalah  600  watt.  Adapun  contoh lain  yaitu  dari  mahasiswa  Unika  Atma  Jaya dengan judul Rancang Bangun Prototipe Mesin Cetak  Injeksi  Dengan  Menggunakan  Elektro- Pneumatik.  Alat  ini  berukuran  850x150x250 mm,  menggunakan  sistem  elektropneumatik dan PLC sebagai controller [1].
Injection  molding adalah  salah  satu metode  pembentukan  suatu  benda  atau  produk dari  material  resin  dengan  ukuran  dan  bentuk tertentu  menggunakan  alat  bantu  berupa cetakan atau molding yang diberikan. Injection molding merupakan  salah  satu  metode  yang banyak digunakan karena biaya yang dibutuhkan lebih murah dan dapat memproduksi  komponen  yang  kecil  dan  rumit [2].
Injection  molding merupakan  proses yang bersifat siklus, artinya langkah kerja yang sama  dilakukan  diulang-ulang  secara  terus menerus.  Langkah  kerja  utama  pada  proses injeksi bisa dijelaskan sebagai berikut:
1) Kondisi cetakan (clamp) menutup.
2) Unit  injeksi  maju  hingga  antara  nozzle merapat ke fixed plate dari cetakan.
3) Screw  berputar  dan  maju  sehingga material resin dengan tekanan diinjeksikan ke dalam mal cetakan.
4) Packing  adalah  saat  dimana  material mampat pada cetakan.
5) Fase  Holding  time,  merupakan  waktu tunggu  sampai  material  resin  membeku seluruhnya, sehingga siap dikeluarkan.
6) Proses injeksi dihentikan.
7) Cetakan  terbuka,  hasil  cetak  siap  di keluarkan dari mal cetakan.
Komposit  didefinisikan  sebagai  suatu material  yang  terdiri  dari  dua  komponen  atau lebih  yang  memiliki  sifat  atau  struktur  yang berbeda  yang  dicampur  secara  fisik  menajdi satu  membentuk  ikatan  mekanik  yang  dengan struktur  homogen  secara  makroskopik  dan heterogen secara mikroskopik. Material campuran tersebut akan menghasilkan material yang  baru  yang  memiliki  sifat  unggul  dari material pembentuknya [3].
Secara  keseluruhan  langkah  kerja yang terdapat dalam VDI 2221
dikelompokan menjadi 4 fase yaitu:
1. Penjabaran Tugas ( Clarification Oof Task ) Penjabaran  tugas  ini  meliputi  informasi mengenai  permasalahan  dan  kendala- kendala  yang  dihadapi.  Kemudian  disusun suatu daftar persyaratan mengenai rancangan yang akan dibuat.
2. Penentuan Konsep Rancangan ( Conceptual Design ).
Pada  penentuan  konsep  rancangan  ini meliputi tiga langkah kerja, yaitu:
 Menetukan fungsi dan strukturnya
 Mencari prinsip solusi dan strukturnya
 Menguraikan  menjadi  varian  yang  dapat direalisasikan
3. Perancangan Wujud (Embodoment Design ) Pada  perancangan  wujud  ini  dimulai dengan  menguraikan  rancangan  kedalam modul-modul  yang  diikuti  oleh  desain awal dan desain jadi.
4. Perancangan Rinci ( Detail Design )
Perancangan  rinci  ini  merupakan  proses perancangan  dalam  bentuk  gambar.  Yang meliputi gambar yang tersusun dan gambar yang  detail  termasuk  daftar  komponen, spesifikasi  bahan,  toleransi  dan  lain sebagainya.  Pada  fase  ini  semua  pekerjaan didokumentasikan  sehingga  pembuatan produk  dapat  dilaksanakan  oleh  operator atau insinyur lain yang ditunjuk [4].

## METODE
Dalam  perancangan  pencetak  spesimen komposit  serat  alam  menggunakan  metode VDI  2221,  ada  beberapa  langkah  umum  yang harus dilakukan yaitu sebagai berikut:
1. Menentukan Spesifikasi Awal.
Sebagai acuan awal dalam perancangan ini, ditetapkan spesifikasi awal dengan memperhatikan  persyaratan  apakah  keharusan ( demand ) atau keinginan ( wishes ).
Tabel 1. Daftar spesifikasi awal. Parameter Spesifkasi Demand (D) / Wish (W) Geometri Dimensi perancangan D Panjang D Lebar D
Tinggi D Gaya Kekakuan  yang tinggi D Titik  berat  yang tepat D Mempergunakan motor listrik D Bentuk rancangan  hemat material D Energi Energi berasal dari Listrik D Energi yang digunakan kecil D Material Komponen  tidak mudah rusak D Material  mudah didapat D Material tahan lama D Ergonomi Bentuk proporsional W Bentuk tidak kaku W Perakitan Mudah untuk dibongkar pasang W Biaya produksi Biaya  pembuatan cukup murah W

## 2. Membuat Struktur Fungsi.
Setelah  daftar  spesifikasi  awal  dibuat langkah selanjutnya adalah menentukan struktur  fungsi  dari  produk  yang  akan  dibuat yang  menyatakan  bagaimana  alur  kerja  dari produk tersebut.
Gambar  1.  Sub  struktur  fungsi  dari  sebuah perancangan produk.
3. Menentukan Prinsip Solusi Sub Fungsi. Daftar  prinsip  solusi  sub  fungsi  dibuat untuk  menyeleksi  komponen  yang  mungkin
digunakan  dalam  mewujudkan  desain  produk. Prinsip  solusi  sebaiknya  sebanyak  mungkin. Jika  telah  diperoleh,  prinsip-prinsip  solusi tersebut  perlu  dianalisis  kembali,  dimana prinsip  solusi  yang  kurang  bermanfaat  dapat dihilangkan atau diabaikan  dengan tujuan agar dalam  tahap  perancangan  konsep  selanjutnya tidak  terlalu  banyak  evaluasi  yang  harus dilakukan.
Tabel 2. Prinsip solusi dan sub fungsi.
No Produk Prinsip Solusi A B C 1 Sub Fungsi A1 B1 C1 2 A2 B2 C2 3 A3 B3 C3 4 A4 B4 C4 5 A5 B5 C5 6 A6 B6 C6
Setelah  prinsip  solusi  sub  fungsi  telah dibuat,  maka  perlu  dilakukan  kombinasi yang  mungkin,  sehingga  terbentuk  suatu sistem  yang paling menunjang   dalam bentuk beberapa   varian. Berdasarkan prinsip-prinsip solusi  yang  telah  dilakukan  di  atas,  dapat diperoleh beberapa kombinasi atau variasi.
Contoh  hasil  kombinasi  atau  variasi  dapat yang ditentukan:
1. Varian 1: C1 → A2 → A3 → A4 → A5 → B6
2. Varian 2: B1 → A2 → B3 → C4 → C5 → B6
3. Varian 3: A1 → A2 → A3 → B4 → B5 → A6
4. Varian 4: A1 → A2 → A3 → B4 → B5 → A6
4. Membuat Selection Chart Untuk Memilih Varian. Untuk menentukan varian yang mungkin
dilanjutkan dalam proses perancangan  ini,  harus  dilakukan  seleksi terhadap  varian  yang  ada.  Salah  satu  cara pemilihan  varian  dapat  dilakukan  dengan menggunakan selection chart .

## 5. Tahap Persiapan
1) Desain  gambar  kerja  yang  sudah ditentukan  di  cetak  untuk  digunakan sebagai acuan dalam pembuatan alat.
2) Persiapan  alat  dan  bahan  yang  akan digunakan
6. Tahap Pembuatan alat.
1. Mengukur  masing-masing  bagian  alat  dan selanjutnya  dilakukan  pemotongan  bahan untuk  membuat bagian-bagian  dari alat uji yang  sudah  didesain.  Seluruh  komponen mempunyai  ukuran  yang  sesuai  dengan desain dan gambar kerja.
2. Merakit  komponen-komponen  yang  sudah dipotong  menjadi  sebuah  alat  pencetak komposit.  Langkah-langkahnya  sebagai berikut:
a) Komponen untuk rangka dan bodi luar dilas  sesuai  bentuk  dan  ukuran  pada gambar kerja.
b) Merakit  komponen  utama  mesin pencetak  komposit  seperti;  poros ulir,  tabung,  cetakan,  gear  box, motor listrik, reduser dan hopper.
c) Memeriksa komponen – komponen  sudah  dipasang  serta sesuai dengan ukuran pada gambar kerja.

## 7. Tahap Pengujian Alat
Sebelum  melakukan  pengujian  alat dengan  menggunakan  beban  (resin)  alat dihidupkan  terlebih  dahulu  hal  ini dilakukan  agar  memastikan  mesin  sudah bisa  beroperasi  dengan  baik.  Selanujtnya melakukan pengujian alat pencetak komposit dan adapun tahapan–tahapannya sebagai berikut:
1. Persiapkan bahan-bahan untuk mencetak material komposit.
2. Material  komposit  yang  akan  di cetak  ditimbang  terlebih  dahulu untuk mengetahui berat awalnya.
3. Hidupkan mesin pencetak komposit.
4. Masukan  material  kedalam  mesin pencetak.
5. Mencatat  waktu  yang  diperlukan selama proses pencetakan komposit.
6. Setelah  proses  pencetak  selesai, komposit yang sudah dicetak dilakukan penimbangan.

## 8. Analisa Data
Data  penelitian  ini  dibagi  menjadi  2 yaitu perhitungan komponen alat dan pencetakan  spesimen  menggunakan  alat  yang dirancang.  Data  perancangan  merupakan  data detail  alat  dan  spesifikasi  alat  yang  dibuat
dalam  bentuk  gambar  kerja.  Data  pengujian dalam  penelitian  ini  berupa  data  pengujian hasil kinerja alat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitin  ini  yaitu,  perancangan mesin pencetak spesimen komposit berpenguat serat alam dengan sistem injeksi menggunakan metode VDI 2221 dan hasil pencetakan produk dengan  menggunakan  mesin  injeksi  yang  di rancang.
Berdasarkan  prinsip-prinsip  solusi  yang telah  dilakukan  di  atas,  dapat  diperoleh beberapa kombinasi atau variasi.
Varian 1: 1B –2A – 3A – 4B – 5A – 6B – 7A – 8B Varian 2: 1B – 2A – 3A – 4A – 5A – 6C

## – 7C – 8A
Varian 3: 1C – 2B – 3C – 4C – 5C – 6B – 7B – 8A Varian 4: 1A – 2C – 3B – 4B – 5B – 6A

## – 7C – 8C
Varian  1:    Posisi  alat  horisontal, penggerak  menggunakan  motor  listrik,  ratio motor  1:5, rangka  menggunakan  stainles  steel, poros ulir menggunakan besi baja, dies cetakan menggunakan plat alumunium, material tabung menggunakan  pipa  baja,  material Hopper menggunakan plat baja.
Varian 2: Posisi alat horisontal, penggerak  menggunakan  motor  listrik,  rasio motor  1:5,  rangka  menggunakan  besi  siku, poros ulir menggunakan besi baja, dies cetakan menggunakan  plat  mika,  material  tabung menggunakan  pipa  stainles  steel,  material Hopper menggunakan plat alumunium.
Varian 3: posisi alat diagonal, penggerak motor  diesel,  rasio  motor  1:15,  ranggaka menggunakan besi kotak, poros ulir menggunakan alumunium, dies cetakan menggunakan plat alumunium, material tabung menggunakan pipa alumunium, material Hopper menggunakan plat alumunium.
Varian  4:  posisi  alat  vertika,  penggerak menggunakan  manual,  rasio  motor  1:10, ranggaka  menggunakan  besi  stainles  steel, poros  ulir  menggunakan  stainles  steel,  dies cetakan  menggunakan  plat  baja,  material tabung  menggunakan  pipa  stainles  steel, material Hopper menggunakan  plat  stainles steel.
Dengan
mempertimbangkan
kemungkinan  untuk  direalisasikan  dalam bentuk prototype sesuai  batasan  perancangan
yang sudah dibahas maka varian 2 yang dipilih untuk  melanjutkan  ke  proses  perakitan  dan pembuatan alat.
Pembuatan prototype mesin  pencetak spesimen komposit dengan sistem injeksi Setelah varian yang tebaik telah diperoleh,  kemudian  dilakukan  perancangan detail. Perancangan detail meliputi perancangan  konstruksi,  penyediaan  alat  dan bahan,  perhitungan  dan  pemilihan  komponen elemen mesin , hingga pada perakitan komponen yang telah dipilih. Gambar rancangan  mesin  pencetak  spesimen  komposit serat  alam  dengan  sistem injeksi dapat  dilihat pada  Gambar  2 Prototype fisik  yang  dibuat disajikan pada Gambar 3.
Gambar 2. Rancangan mesin pencetak spesimen dengan sistem injeksi Gambar 3. Prototype mesin pencetak spesimen yang telah selesai dibuat
Hasil analisa pada bagian ini adalah perhitungan  perencanaan  elemen  mesin.  Hasil perhitungan dapat dilihat sebagai berikut:
1. Daya Rencana Gaya pada mesin (F) = 23,544 N
Torsi yang diperlukan (T) = 400,248 N.mm Daya yang diperlukan (P) = 200 Watt
2. Pemilihan Poros Daya rencana (Pd) = 0,147 kW Momen rencana (T) = 695,714 kg mm
Tegangan  geser  yang  diijinkan  (τ a )  =  4,583 kg/mm 2
3. Pemilihan Bantalan Beban aksial (Fa) = 20,16 kg Beban radial (Fr) = 19,152 kg Beban ekuivalen (P) = 20,39184 kg Faktor  kecepatan  putaran  bantalan  (Fn)  = 0,419 rpm Kapasitas  nominal  dinamis  spesifik  (C)  = 600 kg Faktor umur bantalan (Fh) = 14,4469 Umur  nominal  bantalan  (Lh)  =  1.507.627 jam
Faktor  keandalan  umur  bantalan  (Ln)  = 172,10 Tahun Spesifikasi  alat  yang  dihasilkan  dalam penelitian ini yaitu sebagai berikut: 1.Dimensi  Tinggi : 60 cm  Panjang  Lebar : 110 cm : 35 cm 2.Material  Rangka : Siku galvanis  Tabung : Pipa stainlees
 Poros                   : Besi baja 3. Kelengkapan alat
• Sebuah motor listrik 1/5 HP ratio 1:5
• Sebuah tabung besi stainlees berdiameter 46 mm • Poros ulir dari besi baja • Nosel • Sebuah Mal Cetakan • Selang aliran resin menuju cetakn.

## SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  pembuatan  mesin  pencetak spesimen  komposit  serat  alam  dengan  sitem Injeksi menggunakan  metode VDI 2221, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
Rancang  wujud  pencetak  spesimen komposit  serat  alam  dengan  sistem injeksi menggunakan  metode  VDI  2221  berhasil dibuat  sesuai  varian  terbaik  dengan  ukuan  alat yaitu, pamjang 110 cm, lebar 35 cm dan tinggi 60 cm.
Setelah  melakukan  perancangan  dan pembuatan  menggunakan  metode  VDI  2221 dan  melalui  pengujian  langsung  pada  proses pencetakan hingga menghasilkan produk untuk perabot  rumah  tangga,  pencetak  spesimen
berpenguat serat alam dengan sistem injeksi ini dinyatakan layak digunakan.
Adapun  saran  yang  perlu  diperhatikan dalam penelitian ini, yaitu:
Perlu  dibuat  penelitian  lanjutan  tentang pengaruh  panjang  aliran  resin  terhadap  waktu dan tekanan injeksi.
Perlu  penyempurnaan  pada  bagian  mal cetakan  agar  bisa  menghasilkan  produk  yang baik dan sesuai dengan yang diinginkan.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Noor  N.  Perancangan  Mesin  Injeksi Plastik Portabel. POLITEKNIK NEGERI BANDUNG. 2 Pambudi A. Proses Manufaktur Komposit Serat Bambu Betung (Dendrocalamus  Asper)  Dan  Matriks Unsaturated  Polyester  Dengan  Metode Hand Lay-Up Untuk Aplikasi Otomotif.  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember. 3
Sularso,  Suga  K.  Dasar  Perancangan dan  Pemilihan  Elemen  Mesin.  PT. pradnya paramitha, Jakarta. 2004.
4 Pahl  G,  Beitz  W,  Feldhusen  J,  Grote KH. Engineering Design:  A Systematic
Approach.  K  Wallace  and  L  T  M
Blessing, ed. Springer, Germany. 2007.