## Optimasi helm industri ergonomik beserta perancangan dan simulasi molding injeksi
Arif Budi Wicaksono 1 , Abdul Aziz 1
1 Program Studi Teknik Mesin , Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Indonesia Jl. Kaliurang Km. 14.5, Yogyakarta, Umbulmartani, Ngemplak, Kabupaten Sleman
Daerah Istimewa Yogyakara, 55584, Indonesia Email korespondensi: arifbudi_wicaksono@uii.ac.id

## Abstrak
Kajian  ini  bertujuan  untuk  membuat  desain  helm  industri  yang  inovatif  agar  dapat  terintegrasi  dengan pelindung muka dan telinga dengan metode Triz40 lalu menganalisis, mendesain dan menyimulasikan injection mold.  Injection  mold  pada  kajian  ini  menggunakan  two  plate.  Kemudian  model  helm  industri  diwujudkan menggunakan 3d print dengan material PLA. Selain itu, kajian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi jumlah  gate  terhadap  karakteristik  fill  time  dan  quality  prediction.  Jumlah  gate  divariasikan  menjadi  3  jenis yaitu 1, 2 dan 4 gate. Hasil yang optimal didapatkan menggunakan 1 gate dengan fill time, cacat dan quality prediction yang optimum. Desain mold unit yang optimum adalah dimensi 500 x 500 mm dengan gaya clamping force sebesar 3986,86 kN.
Kata kunci : cetakan injeksi, waktu pengisian, prediksi kualitas, kekuatan penjepit, cetakan, gate.

## Abstract
This research purpose to develop an innovative industrial helmet design that can be integrated with face and ear  protection  using  Triz40  method  and  then  analyzes,  designs  and  simulates  injection  molding  innovations. Injection molding in this study uses two plates. Then industrial helmet model was realized using a 3d print with PLA material. In addition, this study aims to see the effect variations number of gates on filling time and quality predictions. The number of gates varied into 3 types, namely 1, 2 and 4 gates. The results obtained optimally use 1 gate with optimal charging time, defects and prediction of quality. The optimum mold unit dimension is 500 x 500 mm with a clamping force of 3986.86 kN.
Keywords: Injection mold, fill time, quality prediction, clamping force, mold, gate.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan  APD  (Alat  Pelindung  Diri)  adalah sebuah  tindakan  pengendalian  risiko  terakhir  yang bertujuan untuk melindungi tenaga kerja dari potensi bahaya  keselamatan  dan  kesehatan  kerja.  Tetapi, APD  sering  dianggap  tidak  penting  oleh  para pekerja, terutama pada sektor informal. APD sangat penting  digunakan  sebagai  tanggung  jawab  sebuah perusahaan  untuk  melindungi  pekerja  dari  ancaman bahaya keselamatan dan kesehatan kerja. Penggunaan  APD  disesuaikan  dengan  tempat  kerja yang sedang melakukan pekerjaan [1].
Berdasarkan laporan International
Labour Organization tahun  2010  angka  kecelakaan  kerja di seluruh  dunia  lebih  dari  337  juta  dalam  pekerjaan pertahun.    6300  orang  meninggal  setiap  harinya karena kecelakaan kerja atau penyakit yang berkaitan dengan  pekerjaan  tersebut.  Pada  teori  gender  tahun 2001  menjelaskan  bahwa  untuk  membentuk  suatu budaya  selamat  terdapat  tiga komponen  yang  saling berhubungan antara satu dengan yang lain dan harus dicapai  yaitu people (orang), behaviour (perilaku) dan enviroment (lingkungan) atau yang biasa disebut dengan safety triad [2, 3].
Banyak  faktor  yang  menjadi  penyebab  tenaga  kerja tidak  mematuhi  penggunaan  APD  meskipun perusahaan  telah  menyediakan  dan  dan  membuat peraturan yang  bersifat wajib dan mengikat. Hal ini menjadi  dasar  dan  harus  diteliti  lebih  lanjut.  Tahap paling  dasar  untuk  menumbuhkan    kesadaran  dan inisiatif  tenaga kerja  agar  patuh  menggunakan  APD yaitu  dengan  pembentukan  budaya  keselamatan menggunakan  APD  [4].  APD  tersebut  digunakan secara  terpisah  antar  satu  dengan  yang  lain,  tetapi beberapa APD yang dimiliki oleh perusahaan banyak yang tercecer dan tidak diletakan kembali ke tempat semula sehingga  banyak APD yang hilang.  Hal ini dapat  membuat  perusahaan  merugi  karena  harus mengganti  APD  yang  baru  dan  menambah pengeluaran  perusahaan.  Maka  dari    itu  diperlukan suatu alternatif pemecahan masalah untuk menemukan  solusi  dari  permasalahan  diatas  salah satunya  adalah  membuat  desain safety  helmet yang dapat  digabungkan  dengan  pelindung  mata  dan pelindung telinga sehingga efektif dan efisien dalam penggunaanya [5, 6].

## 2. Metode
Metode  perancangan  pada  kajian  ini  terdapat beberapa  tahapan  yaitu  mengidentifikasi  masalah,
membuat  kriteria  desain,  mencari  referensi  desain, membuat  desain,  menganalisis runner  system dan membuat mold base .
Gambar 1. Diagram alur kajian.

## Alat Perancangan
Alat yang digunakan pada perancangan safety helmet dan  konstruksi mold ,  menggunakan  beberapa  alat sebagai berikut:

## Laptop
Spesifikasi laptop yang digunakan, ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi ASUS X450JX.
Operation System Windows 10.0 Full Version Processor Intel(R) CPU Core (TM)  i7-4720HQ  @ 2.60Ghz Installed Memory (RAM) 12 GB System Type 64-bit Operating System
Software Design dan Analisis
Software yang  digunakan  untuk  perancangan  dan analisis menggunakan Autodesk Inventor Professional 2019, Autodesk Moldflow Adviser 2019
dan Autodesk Power Shape 2019

## Identifikasi Produk
Produk yang dirancang adalah helm industri dengan dimensi  menyesuaikan  dengan  produk  yang  ada dipasaran.  Material  yang  digunakan  untuk  proses analisis  menggunakan High  Density  Poly  Ethylene (HDPE).  Desain  helm  industri  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar 2. Desain helm industri inovatif.
Data produk dari helm industri yang dirancang dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Data produk helm industri . Data Produk Nama Helm Industri Berat 0,2 kg Material HDPE Dimensi 267,59  mm  x  200  mm  x 125,08 mm Tebal Produk 2 mm
Pada  Tabel  3  menunjukkan  karakteristik mold yang digunakan untuk membuat mold base .
Tabel 3. Karakteristik mold.
Karakteristik Mold Jenis Mold Two Plate Jumlah Cavity dan Core 1 Standar Mold Base LKM Dimensi 500 mm x 500 mm Tipe AI
Lalu  Tabel  4  menunjukkan  karakteristik  material yang digunakan yaitu HDPE.
Tabel 4. Karakteristik HDPE.
Massa Jenis 0,952 g/cm 3 Mold Temperature 40°C Melt Temperature 220°C Pressure Injection 70-105 MPa Diameter runner 6 mm
Pada  Tabel  5  menunjukkan  parameter  yang digunakan  pada  kajian  ini.  Parameter  yang
digunakan untuk analisis moldflow ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Parameter analisis moldflow .
Parameter yang digunakan Jenis Gate Pin Jumlah gate 1, 2 dan 4 Jenis runner Circular Diameter runner 6 mm Mold temperature 40 o C Melt Temperature 200 o C Max Injection Pressure
180 MPa
Tahap  pertama  untuk  melakukan  analisis  ini  adalah menentukan  lokasi gate ,  karena  lokasi gate sangat berpengaruh terhadap quality prediction dan fill time yang  dihasilkan.  Lokasi  gate  yang  optimal  pada sampel  dapat  dilihat  dari  hasil  simulasi Moldflow Adviser dengan spektrum warna yang beragam mulai dari biru hingga merah. Warna biru pada permukaan sampel merupakan lokasi yang cocok untuk gate .
Gambar 3. Hasil analisis gate location .
Langkah berikutnya menentukan runner system pada produk. Untuk produk safety helmet ini menggunakan  jenis cold  gate berbentuk circular dengan diameter 7 mm dan panjang 50 mm. Jumlah gate pada  pengujian  ini  ada  3,  masing  1,  2  dan  4 titik.
1 Gate
Gambar 4. Sistem runner menggunakan 1 gate .
2 Gate
Gambar 5. Sistem runner menggunakan 2 gate.

## 4 Gate
Gambar 6. Sistem runner menggunakan 4 gate .
Langkah  berikutnya  menentukan  parameter  untuk menganalisis.  Ada  4  poin  utama  parameter  yang sangat  penting  yaitu  jenis  material, temperature cetakan,  titik  leleh  dan  tekanan  injeksi.  Langkah- langkah untuk menentukan parameter tersebut adalah sebagai berikut:

## Material
Penggunaan  material  sangat  menentukan  kualitas dari suatu produk. Ini berkaitan dengan kekuatan dan keamanan  dari  produk  yang  dihasilkan.  Material yang digunakan pada helm industri ini adalah HDPE.
Gambar 7. Penentuan jenis material pada Moldfllow .

## Temperatur cetakan, titik lebur dan tekanan injeksi
Menurut shoemaker ,  suhu  yang  cocok  untuk meleburkan  HDPE  adalah  220 o C,  lalu  suhu  yang ideal untuk molding adalah 40 o C.
Gambar 8 . Penentuan suhu pada Moldflow.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Pengaruh Variasi Gate
Analisis  variasi  jumlah gate bertujuan  untuk mendapatkan layout yang  paling  optimal  dengan quality  prediction yang  terbesar,  cacat weld  line dengan rasio yang terkecil. Quality prediction adalah kumpulan  cacat-cacat  pada  permukaan  benda  dan ditampilkan  dalam  warna  agar  pengguna  dapat dengan mudah memahami arti dari setiap warna [7].

## Analisis Variasi Jumlah Gate
Analisis variasi jumlah gate menggunakan 3 variasi gate ,  yaitu  1,  2  dan  4 gate .  Hasil  dari  analisis  ini adalah  untuk  mendapatkan fill  time dan quality prediction dari produk. Gambar di bawah merupakan hasil  dari  analisis  yang  dilakukan  dengan  parameter yang konstan.
Gambar 9. Hasil analisis quality prediction menggunakan 1 gate .
Gambar 10. Hasil analisis quality prediction menggunakan 1 gate.
Gambar 11 . Hasil analisis quality prediction menggunakan 2 gate.
Gambar 12 . Hasil analisis quality prediction menggunakan 2 gate.
Gambar 13. Hasil analisis quality prediction menggunakan 4 gate.
Gambar 14. Hasil analisis quality prediction menggunakan 4 gate.
Beikut adalah  tabel dan grafik perbandingan jumlah gate dengan Fill time dan Quality Prediction dengan diameter runner 6 mm.
Tabel  6. Pengaruh  jumlah  gate  terhadap  fill  time  dan quality prediction. No Jumlah Gate Fill time (s) Quality Prediction (%) High Medium Low 1 1 2,4 1,63 85,5 12,9 2 2 2,2 3,39 83,6 13 3 4 1,7 1,76 84,2 14

## Pengujian impak
Pengujian  impak  dilakukan  dengan  memberi  beban sebesar  3  kg  sesuai  dengan  Standar  Nasional Indonesia  (SNI)  pada  titik  yang  telah  diberikan. Gambar  di  bawah  merupakan  hasil  dari  analisis  uji impak  pada  permukaan  helm  industri  menggunakan Autodesk Inventor Professional 2019.
Gambar 15. Hasil analisis tegangan maksimum pada helm.
Gambar 16. Hasil analisis displacement pada helm.
Gambar 17. Hasil analisis safety factor pada helm.

## Perancangan Mold Base berdasarkan Produk
Perancangan mold  base helm  industri  dilakukan berdasarkan hasil analisis runner system . Dari ketiga jenis gate masing-masing  dianalisis  menggunakan
diameter runner yang sama yaitu 6 mm. Desain mold yang  dibuat  adalah  hasil  analisis  yang  terbaik  dari masing-masing jenis gate .

## Mold Base
Dimensi core dan cavity yang ingin dibuat memiliki dimensi  yaitu  300  mm  x  400  mm.  Dimensi  ini menjadi  acuan  untuk  membuat mold  base .  Pada perancangan mold  base ,  standar  yang  digunakan pada  produk  helm  industri  ini  adalah  standar mold base LKM AI series 5050 ditunjukkan pada gambar 4-20.  Material  plat  dan  komponen mold yang digunakan  pada mold base merujuk  pada  katalog mold base LKM sebagai produsen pembuat mold .
Gambar 18. Dimensi injection molding LKM 500 x 500.
Gambar di bawah merupakan mold base yang dibuat menggunakan Autodesk Power shape 2019
Gambar 19. Cavity dan core.
Hasil dari perancangan mold base ada pada Gambar 19 dan Gambar 20. Perancangan mold base tersebut menggunakan Autodesk Powershape 2019
Gambar 20. Desain injection molding menggunakan
Software Autodesk Powershape 2019.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  analisis  proses injection  molding pada  produk  helm safety, maka  dapat  ditarik kesimpulan bahwa desain mold dengan metode cold runner  system pada  produk  helm  industri  sesuai dengan katalog Moldbase LKM two plate dan model helm  industri  dengan  metode 3d  print . Runner system dengan 1 gate mempunyai karakteristik yaitu memiliki fill  time 2.4  detik  dan pressure yang dibutuhkan untuk memenuhi cetakan sebesar 88.733 MPa. Quality prediction pada helm industri dengan 1 gate  adalah  1,63%  ( high ),  85,5%  ( medium ),  12,9% (low ).

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terimakasih diberikan kepada Program Studi Teknik  Mesin,  Universitas  Islam  Indonesia  yang telah mendukung seluruh proses dalam kajian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Carender,  J.  W.  (2011).  Scientific  Molding Pocket  Guide  (Fourth  Edition).  CreateSpace Independent Publishing Platform.
[2] Faria, N. (2019). Visualization of the Inventive
Principle of TRIZ to Improve Problem-Solving Ability  in  Design  Processs.  2019  International Conference  on  Engineering,  Science,  and Industrial Applications (ICESI), 1–6. https://doi.org/10.1109/ICESI.2019.8863011
[3] Hasrin (last). (2008). Desain dan Pabrikasi
[4] Helmet  Indutri  Yang  Ergonomik.  Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
[5] Shoemaker, J. (2006). Moldflow Design   Guide (First Edition). Hanser.
[6] Tanama,  B.  R.  (2017).  Manajemen  Pemasaran. Universitas Udayana.
[7] Titaley,  J.  C.  (2017).  Analisa  Pengaruh Penggunaan  APD  (Alat  Pelindung  Diri) Terhadap  Produktivitas  Pekerja  Konstruksi
Gedung  di  Kota  Medan”  (Studi  Kasus
Pembangunan Apartemen Mansyur  Residence). Universitas Sumatera Utara..