Pengaruh variasi layout runner dan melt temperature terhadap fill time dan defect pada proses injection molding sikat gigi

## Arif Budi Wicaksono, Agus Surachman
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Indonesia Jl. Kaliurang, KM 14.5, Kabupaten Sleman, Daerah Istimewa Yogyakara, 55584, Indonesia Email korespondensi: arifbudi_wicaksono@uii.ac.id

## Abstrak
Kajian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  layout,  sistem  runner  dan  suhu  leleh  terhadap karakteristik layout radial dan grid. Sistem runner divariasikan dengan dua jenis runner yaitu grid dengan runner H dan Block, Radial dengan Star dan Block. Suhu leleh divariasikan pada 230 o C, 240 o C dan 250 o C. Hasil terbaik diperoleh dengan menggunakan tata letak grid dengan sistem block runner dan suhu leleh 230 o C dengan waktu pengisian, cacat dan prediksi kualitas optimum. Desain unit cetakan optimal dengan tata letak grid dan sistem block runner dengan dimensi 550 x 300 mm dengan kekuatan penjepit 686,72 kN. Salah satu mesin yang bisa digunakan adalah SUN-110 dengan klem depan 1000 kN.
Kata kunci : layout, waktu pengisian, sistem runner, injection molding, perancangan mold unit.

## Abstract
This research aims to determine the influence of layout variations, runner system and melt temperature to the characteristics of radial and grid layouts. The runner system is varied with two types of runners that are grids with H and Block runners, Radial with Star and Block. Melt temperature is variated at 230 o C,240 o C and 250 o C. The best results are obtained using grid layout with block runner system and melt temperature at 230 o C with fill time, defects and optimum quality prediction. Optimum mold unit design with grid layout and block runner system with dimensions of 550 x 300 mm with clamping force of 686.72 kN. One of the machines that can be used SUN- 110 with clamp fore 1000 kN.
Keywords: Layout, fill time, runner system, injection molding, design mold unit.

## 1. Pendahuluan
Pada  zaman  modern  seperti  sekarang  ini,  banyak peralatan  penunjang  kebutuhan  hidup  yang  terbuat dari  plastik,  ini  dikarenakan  material  plastik  yang mudah dibentuk, ringan, murah, dan tidak berbahaya [1]. Terdapat berbagai cara pengolahan bahan plastik, salah  satunya  yaitu  injeksi  plastik,  yaitu  salah  satu proses  pembuatan  suatu  produk  dengan  cara  biji plastik yang dipanaskan hingga suhu tertentu sampai biji  plastik  meleleh,  kemudian  disuntikan  ke  dalam cetakan dan menjadi suatu produk.
Salah satu produk hasil proses injeksi plastik adalah sikat  gigi,  banyak  sikat  gigi  yang  kita  jumpai berbahan  dasar  plastik,  bahkan  hampir  semua  sikat gigi  berbahan  dasar  plastik  [5-7].  Banyaknya kebutuhan  sikat  gigi  di  pasaran,  maka  dari  itu dibutuhkan proses pembuatan sikat gigi yang cukup cepat.  Penentuan  desain mold mulai  dari  penentuan cavity,  core,  gate,  sprue,  cooling  system, dan clamping  force menjadi  hal  yang  sangat  penting dalam  proses  desain molding sikat  gigi  agar mendapatkan  hasil  produk  yang  optimal  dan  waktu cetak paling maksimal [2].
Dalam  proses  injeksi molding salah  satu  yang mempengaruhi hasil produk adalah desain mold [3] . Agar  mendapat  hasil  yang  maksimal  dalam  proses
desain mold, terdapat beberapa parameter yang harus diperhitungkan seperti bentuk layout, sprue, gate, dan juga dimensinya untuk mengetahui clamp force agar mendapatkan hasil yang optimal [8,9].
Pada  kajian  kali  ini,  dilakukan  proses refers engineering pada produk sikat gigi untuk mengetahui metode paling tepat dalam proses produksi sikat gigi untuk produksi masal dalam suatu perusahaan, yang menjadi fokus yaitu variasi bentuk layout sikat gigi , variasi layout  runner, gate dan  suhu , agar mendapatkan fill time yang optimal dan hasil produk yang maksimal [4].

## 2. Metode
Kajian ini merupakan eksperimen berbasis software , dengan  metode  simulasi  untuk  mengetahui karakteristik  dari  masing-masing layout  runner , layout  runner yang  paling  optimum  dan melt temperature yang  optimum.  Kajian  eksperimen  ini menggunakan desain sikat gigi dengan dasar ukuran dimensi  sesuai  SNI  seperti  pada  Gambar  1.  Dalam melakukan  analisis,  hal pertama  adalah  menentukan posisi gate yang  optimal  yaitu  dari  ujung  atas  sikat gigi,  dan  ujung  belakang  sikat  gigi.  Parameter  yang digunakan  berupa  jenis layout grid  dan  radial,  pada jenis layout grid menggunakan runner system H dan block ,  sedangkan  untuk  jenis layout radial
menggunakan runner  system  star  dan  block ,  variasi melt  temperature menggunakan  nilai  dari  230°C, 240°C, dan 250°C [10-13].
Pemilihan  jenis layout dan runner  system yang berbeda  bertujuan  untuk  mengetahui  perbedaan kecepatan  aliran  cairan  plastik  pada  masing-masing parameter, cacat yang terjadi, injection pressure yang dibutuhkan  untuk  memenuhi  rongga  cetakan,  selain itu  juga  untuk  mendapatkan  pengaturan  parameter yang paling tepat dan optimal [14-17].
Gambar 1 . 3D model produk sikat gigi.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Lokasi gate sangat  berpengaruh  pada  cacat  produk yaitu cacat air traps dan weld line . Oleh karena itu, hal  pertama  yang  dilakukan  adalah  memilih  lokasi gate optimal  yang  akan  digunakan  pada  analisis selanjutnya. Pada kajian ini ada dua lokasi gate yang berbeda,  dari  kedua  lokasi gate tersebut  kemudian dipilih lokasi gate dengan rasio cacat yang kecil.
Tabel 1. Parameter uji coba lokasi gate.
Parameter yang digunakan
Jenis gate Pin Jenis runner Circular Melt temperature 230 0 C Mold temperature 50 0 C Max pressure injection 180 MPa Jumlah cavity dan core 1
Hasil  analisis  pada  lokasi gate 1  (Gambar  2)  dan lokasi  gate  2  (Gambar  4)  dengan  menggunakan parameter  yang  telah  diatur sesuai  Tabel  2  yang menunjukkan nilai fill time dan cacat weld line pada bagian  garpu  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3  dan Gambar 5.
Gambar 2 . Lokasi gate 1 dan fill time.
Gambar 3 . Cacat weld line lokasi gate 1.
Gambar 4. Lokasi gate 2 dan fill time.
Gambar 5. Cacat weld line lokasi gate 2.
Dari hasil analisis yang telah dilakukan, lokasi gate 2 merupakan posisi yang paling optimal karena lokasi gate  1  daerah  rawan  yang  mana  lokasi  tersebut bersentuhan  langsung  dengan  mulut  pengguna, sehingga jika terdapat bekas lokasi injeksi akan sangat bahaya.  Meskipun  lokasi gate 2  lebih  baik,  namun nilai fill  time akan  lebih  tinggi  dan  nilainya  sangat sedikit yaitu 0,018 detik saja .
Variasi Runner System pada Layout Radial Hasil  analisis fill  time,  injection  pressure,  quality prediction dan cacat weld  line pada layout  Radial menggunakan  variasi runner  system star dan block yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini dengan setting parameter konstan. Parameter yang digunakan pada analisis variasi runner system dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Parameter variasi runner system pada layout grid.

## Parameter yang digunakan
Layout Radial Layout runner star dan block Jenis runner Circular Jumlah cavity 10 Mold temperature 50 0 C Max pressure injection 180 MPa Melt temperature 230 0 C

## Runner System Star
Hasil analisis pada runner system star menunjukkan waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  catakan selama  1,571  detik  seperti  pada  Gambar  6  dan pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan sebesar 48,33 MPa yang ditunjukkan pada Gambar 7. Quality  prediction menunjukkan  sebesar  82,6% seperti  pada  Gambar  8  dan  terdapat  cacat weld  line seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9 di bawah.
Gambar 6 . Fill time runner system star.
Gambar 7. Injection pressure runner system star.
Gambar 8 . Quality prediction runner system star.
Gambar 9. Weld line runner system star.

## Runner system Block
Hasil analisis pada runner system Block menunjukkan waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  catakan selama  1,527  detik  seperti  pada  Gambar  10  dan pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan sebesar  48,30  MPa  yang  ditunjukkan  pada  Gambar 11. Quality  prediction menunjukkan  sebesar  81,9% seperti pada Gambar 12, dan terdapat cacat weld line seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 13 di  bawah ini.
Gambar 10. Fill time runner system block.
Gambar 11. Injection pressure runner system block.
Gambar 12 . Quality prediction runner system block.
Gambar 13 . Weld line runner system block.

## Variasi Runner System pada Layout Grid
Hasil  analisis fill  time,  injection  pressure,  quality prediction dan cacat weld  line pada layout  grid menggunakan variasi runner system H dan block yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini dengan setting parameter  konstan.  Parameter  yang  digunakan  pada
analisis variasi runner system bisa dilihat pada Tabel 3 sebagai berikut.
Tabel 3. Parameter variasi runner system pada layout radial.

## Parameter yang digunakan
Layout Radial Layout runner Star dan block Jenis runner Circular Ukuran runner Diameter 3 mm Jumlah cavity 10 Mold temperature 50 0 C Max pressure injection 180 MPa Melt temperature 230°C

## Runner system H
Hasil analisis pada runner system Star menunjukkan waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan selama  1,494  detik  seperti  pada  Gambar  14  dan pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan sebesar  50,20  MPa  yang  ditunjukkan  pada  Gambar 15. Quality  prediction menunjukkan  sebesar  82,5% seperti  pada  Gambar  16,  sedangkan  terdapat  cacat weld line seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17 di bawah ini.
Gambar 14. Fill time runner system H.
Gambar 15. Injection pressure runner system H.
Gambar 16 . Quality prediction runner system H.
Gambar 17. Weld line runner system H.

## Runner system Block
Hasil analisis pada runner system Block menunjukkan waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan selama  1,495  detik  seperti  pada  Gambar  18  dan pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan sebesar  46,65  MPa  yang  ditunjukkan  pada  Gambar 19. Quality  prediction menunjukkan  sebesar  82.6% seperti  pada  Gambar  20,  sedangkan  terdapat  cacat weld line seperti yang ditunjukkan pada Gambar 21 di bawah ini.
Gambar 18. Fill time runner system block.
Gambar 19. Injection pressure runner system block.
Gambar 20. Quality prediction runner system block.
Gambar 21. Weld line runner system block.
Tabel  4. Hasil  analisis  variasi  runner  system  pada  layout grid dan radial.
No Hasil Analisis Layout radial Layout Grid Star Block H Block 1 Filling time (s) 1.571 1.527 1.494  1.495 2 Injection pressure (MPa) 48.33 48.30 50.20  46.65 3 Quality Prediction (%) 82.6 81.9 82.5 82.6 4 Weld lines Ada Ada Ada Ada
Dari  hasil  analisis  yang  telah  dilakukan  pada  kedua layout dan  dirangkum  dalam  Tabel  4  di  atas,  dapat disimpulkan bahwa runner system block lebih optimal dari runner system star pada layout cavity radial dan runner system block lebih optimal dari runner system block pada layout  cavity  grid.  Runner  system  star pada layout  cavity  radial memiliki  waktu  pengisian selama 1,571 detik, pressure yang dibutuhkan untuk memenuhi  cetakan  sebesar  48,33  MPa, quality prediction menunjukkan  82,6%  dan  terdapat  cacat weld  line pada runner  system tersebut,  sedangkan runner  system  block pada layout  cavity  radial memiliki  waktu  pengisian  selama  1,527  detik, pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi  cetakan sebesar  48,30  MPa,  namun quality  prediction menunjukkan  hanya  81,9%  dan  terdapat  cacat weld line . Dari data hasil analisis, layout cavity grid dengan runner  system  block lebih  optimal  karena  memiliki waktu pengisian lebih cepat dari layout cavity radial dan nilai quality predictionya lebih tinggi.

## Hasil Analisis Melt Temperature
Analisis  variasi melt  temperature dilakukan  pada runner system Block yang menggunakan layout grid dan runner  system  star yang  menggunakan layout radial yang  bertujuan  untuk  mendapatkan melt temperature yang  optimal  dengan fill  time tercepat , quality  prediction terbaik  dan  cacat  dengan  rasio terkecil.  Pada  variasi melt  temperature mulai  dari 230°C, 240°C, dan 250°C. Parameter yang digunakan pada  analisis  variasi melt  temperature bissa  dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Parameter variasi melt temperature.

## Parameter yang digunakan
Layout Grid Layout runner Block Jenis runner Circular Jumlah cavity 10 Mold temperature 50 o C Max pressure injection 180 MPa
Melt temperature
230°C, 240°C, 250°C
Tabel 6 . Hasil analisis variasi melt temperature.
No Melt temperature Fill time Injection pressure Quality prediction 1 Melt temperature 230°C 1.495 s 46.65 MPa 82.6 % 2 Melt temperature 240°C 1.258 s 42.32 MPa 81.5 % 3 Melt temperature 250°C 1.140 s 38.97 MPa 0.02 % Fill time paling cepat dan injection presseure paling rendah  didapatkan  pada  suhu  250 ° C . Dapat disimpulkan semakin tinggi melt temperature, maka waktu dan pressure yang diperlukan semakin rendah, namun  di  suhu  250 ° C ,  quality  prediction sebesar 99,8% medium ,  ini  dikarenakan  waktu  pendinginan yang  terlalu  lama  karena melt  temperature terlalu tinggi . Dapat disimpulkan suhu paling optimal yang didapatkan yaitu di suhu 230 °C dengan fill time yang cukup  cepat  dan injection  pressure yang  rendah dengan  hasil quality  prediction yang  paling  besar dengan nilai quality prediction 82,6%.

## 4. Kesimpulan
Kesimpulan  yang  diperoleh  dari  kajian  yang  telah dilakukan  adalah grid  layout dengan runner  system block mempunyai karakteristik dengan fill time 1,495 detik, pressure yang  dibutuhkan  untuk  memenuhi cetakan  sebesar  46,65  MPa, quality  prediction menunjukkan  82,6%.  Penentuan  jenis layout dilakukan pada tahap awal dengan mempertimbangkan  bentuk  desain  produk  untuk mendapatkan  luasan layout  cavity dan core yang optimal. Melt temperature paling optimal pada suhu 230°C adalah parameter paling optimal dengan hasil fill  time 1,495 detik  dan  tekanan  yang  diperlukan 46,65 MPa dengan hasil quality prediction 82,6%.

## Ucapan Terima Kasih
Terimakasih  yang  sebesar-besarnya  kepada  Saudara Agus Surachman yang telah banyak membantu dalam penelitian dan penulisan kajian ini, dan Program Studi Teknik Mesin, Universitas Islam Indonesia yang telah mendukung seluruh proses dalam kajian ini.

## Daftar Pustaka
[1] D. Cahyadi. (n.d.). Analisis Pengaruh Campuran Bahan styrene acrylonitrile (San) dan acrylonitrile  butadiene  styrene  (ABS)  Terhadap
Setingan Mesin Injeksi | Sintek JURNAL: Jurnal
Ilmiah  Teknik  Mesin.  Jurnal  Universitas Muhammadiyah Jakarta. https://jurnal.umj.ac.id/index.php/sintek/article/v iew/1425
[2]  D.  Cahyadi.  (n.d.).  Analisis  parameter  Operasi Pada  proses  Plastik  injection  molding  Untuk Pengendalain Cacat Produk | | Sintek JURNAL:
Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin.  Jurnal  Universitas Muhammadiyah Jakarta. https://jurnal.umj.ac.id/index.php/sintek/article/v iew/161. [3]  D.  Zulianto.  (2015).  Analisa  Pengaruh  Variasi Suhu  Plastik  Terhadap  Cacat  Warpage  Pada Produk Injetion Molding Berbahan Polyprophylene (Pp). Retrieved from http://eprints.ums.ac.id/41085/5/Naskah%20pub likasi.pdf.
[4]  E.  Ayu  W.,  H.  Arbiantara,  &  D.  Dwilaksana. (2015).  Optimasi  desain  mold  untuk  mereduksi cacat  flash  Dan  shrinkage  pada  produk  paku kotak  dengan  menggunakan  software  simulasi moldflow  (Studi  kasus  pada  pt.  Prima  Sakti). https://jurnal.unej.ac.id/index.php/RTR/article/vi ew/2148
[5]  Farotti,  E.,  &  Natalini,  M.  (2018).  Injection Molding.  Influence  of  process  Parameters  on
Mechanical Properties of Polypropylene Polymer.  A  First  Study.  Departement  of Industrial Engineering and Mathematical Science Universita Politecnica delle Marche.
[6]  Firdaus., & Tjitro, S. (2002). Studi Eksperimental Pengaruh  Parameter  Proses  Pencetakan  Bahan Plastik  Terhadap  Cacat  Penyusutan  (Shrinkage) pada  Benda  Cetak  Pneumatics  Holder.  Jurnal Teknik Mesin, 4(2), 75-80.
[7]  I.  Yulianto.  (2014).  Rancangan  Desain  Mold Produk  Knob  Regulator  Kompor  Gas  Pada Proses  Injection  Molding.  2.  Retrieved  from https://ejurnal.itenas.ac.id/index.php/rekaintegra /article/download/547/772.
[8]  J.  Darmawan.  (2018).  Pengaruh  Variasi  Suhu Terhadap Cacat Short Shot Pada Produk Injection Molding  Berbahan  Polypropylene  (PP).  10. (Surakarta).
[9]  M.  Anwar  Fathoni.  (2015).  Analisa  Pengaruh Parameter  Tekanan  Terhadap  Cacat  Warpage Dari  Produk  Injection  Molding  Berbahan Polypropylene. 15.
[10]M.  Rizal.  (2018).  Pengaruh  Variasi  Tekanan, Temperatur,  dan  Ukuran  Runner  Terhadap Filling Time Pada Proses Injeksi Molding Produk Penghapus Whiteboard. Retrieved from https://dspace.uii.ac.id/bitstream/handle/123456 789/13202/skripsi%20tugas%20akhir%20rizaliii .pdf?sequence=1&isAllowed=y
[11]  Mujiarto,  I.  (2005).  Sifat  dan  Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif. Traksi 3(2), 1- 9.
[12] Othman, M., Hasan, S., Khamis, S., Ibrahim, M.,
& M.Amin, S. (2017). Optimisation of Injection Moulding  Parameter  towards  Shrinkage  and Warpage for Polypropylene-Nanoclay- Gigantochloa.  Advances  in  Material  &
Processing Technologies Conference.
[13]  Potsch,  Gerd.,  &  Michael,  Walter.  (2007). Injection  Molding:  An  Introduction.  Munich: Hanser Pub Inc.
[14] Prasetiyo, A., Fauzun., Azmi, A., Yaqin, R., dan Pranoto,  S.  (2020).  Analisis  Keseragaman Pendingin  Produk  Plastik  Injeksi  Molding dengan  Variasi  Sistem  Pendingin.  Jurnal Penelitian Saintek, 25(2), 173-183.
[15] S.Treno. (n.d.). Jenis-Jenis Defect (Cacat) Pada Produk  Injection  Molding  Pt.  Dynaplast  Tbk. Retrieved From Jenis-Jenis Defect (Cacat) Pada Produk Injection Molding Pt. Dynaplast Tbk.
[16]Wahyudi,  D.,  &  Alimin,  R.  (1999).  Aplikasi Rekayasa  Mutu  untuk  Mengurangi  Cacat  pada Mesin  Injection  Molding.  Jurnal  Teknik  Mesin, 134-142.
[17]  Zheng,  R.,  Tanner,  R.  I.,  &  Fan,  X.-J.  (2011). Injection  molding  integration  of  theory  and modelling methods. Sydney: Springer Science & Business Media