## DESAIN CETAKAN PLASTIK MULTI CAVITY DENGAN SISTEM

## INTERCANGEABLE MOLD INSERT
Rahman Hakim Jurusan Teknik Mesin, Program Studi D3 Teknik Mesin Politeknik Negeri Batam Email: hakim@polibatam.ac.id
Vicqi Pratama Putra Jurusan Teknik Mesin, Program Studi D3 Teknik Mesin Politeknik Negeri Batam
Abulija Maskarai Jurusan Teknik Mesin, Program Studi D3 Teknik Mesin Politeknik Negeri Batam

## Hasan Priyanto
Tooling and Competency Center Department PT. Schneider Electric Manufacturing Batam Email: Hasan.priyanto@schneider-electric.com

## ABSTRAK
Berdasarkan data dari Survey Industri BP Batam tahun 2017, peningkatan kapasitas produksi produk plastik semakin signifikan. Hal ini ditunjukkan dengan banyaknya perusahaan dari China yang datang ke Batam untuk mengembangkan usaha plastik mereka. PT. Schneider Electric Batam, salah satunya yang mengalami peningkatan kapasitas  produksi.  Return  pin  merupakan  salah  satu  produk  yang  akan  dikembangkan,  melalui  penambahan jumlah core dan cavity nya. Jenis bahan baku plastik yang digunakan, yaitu POM (Polyoxymethylene), serta Stavax ESR  sebagai  bahan  baku  mold  insert  yang  digunakan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  peningkatan  kapasitas produksi cetakan plastik, dengan usulan perancangan baru untuk merubah mold insert dan tetap mempertahankan mold based yang telah ada. Perancangan dilakukan dengan metode VDI (Verein Deutsche Inginieuer) 2222 yang merupakan standar perancangan dalam membuat desain Mold. Software CAD yang digunakan adalah Siemens NX 9.0 dan Software CAE  yang digunakan adalah Moldex 3D Flow Mold. Dari perancangan ini,  didapatkan  hasil cycle-time sebesar 11.5 detik dengan penghematan anggaran sebesar 46.7%.
Kata kunci: mold design; interchangeable mold insert ; VDI 2222 method; siemens Nx 9.0.

## ABSTRACT
Based on BP Batam industry survey data in 2017, production capacity on plastic product increase rapidly. This is indicated by the number of companies from China who came to Batam to expand their plastic business. PT. Schneider Electric Batam, one of which is have an increase in production capacity. Return pin is one of the products that will be developed, through the addition of the number of cores and cavities. The types of plastic raw materials used, namely POM (Polyoxymethylene), and Stavax ESR as raw material for insert molds. This study aims to increase plastic mold production capacity, with a new design proposal to change the insert mold and maintain existing mold-based. The design was carried out using the 2222 VDI (Verein Deutsche Inginieuer) method which is the design standard in making Mold designs. The CAD software used is Siemens NX 9.0 and the CAE Software used is Moldex 3D Flow Mold. From  this  design,  the  results  of  a  cycle-time  of  11.5  seconds  were  obtained  with  a  budget  savings  of 46.7%.
Keywords: mold design; interchangeable mold insert; VDI 2222 method; siemens Nx 9.0.

## 1. PENDAHULUAN
Injection  Molding merupakan  sebuah  metode  pembentukan  produk  dari  biji  plastik  yang dimasukkan  ke  dalam  komponen  mesin  yang  disebut hopper menuju barrel dan  mendorong  material kedalam  cetakan  dengan  menggunakan  sekrup  [2].  Menurut  Maria  L.H.  Low  and  K.S.  Lee  dalam jurnalnya  yang  berjudul  “3d  Rapid  Realization  of  Initial  Design  for  Plastic  Injection  Moulds"  saat  ini, terjadi  pertumbuhan  yang  sangat  pesat  pada  penggunaan  produk  plastik  di  industri  manufaktur,  karena plastik sangat serbaguna dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Ilmu pengetahuan dan teknologi sangat
diperlukan dalam pemanfaatan dan pengolahan polimer, sehingga dapat dihasilkan produk plastik dengan kuantitas yang cukup tinggi dan kualitas yang baik [1]. Salah satu teknik yang cukup efektif dan banyak dipergunakan untuk pengolahan produk berbahan baku plastik adalah proses Injection Molding.
(a) (b)
Gambar 1. (a) Mesin Injection Mold, (b) Cetakan Plastik [3]
Dengan  meningkatnya  kebutuhan  pasar  akan  sebuah  produk  yang  diinginkan,  maka  perusahaan ingin  meningkatkan  kapasitas  produksi  dengan  membuat  desain mold baru  (Gambar  1)  yang  memiliki kapasitas yang lebih banyak dari desain mold sebelumnya dengan melakukan penambahan pada cavity. Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk meningkatkan kapasitas produksi dengan membuat ulang desain cetakan plastik dari desain yang sebelumnya, yang dimana hanya memiliki kapasits two core cavities menjadi four  core  cavitie s  dengan  menggunakan  sistem  yang  dimana Mold  Insert bisa  dilepas dan  digantikan  dengan Mold  Insert yang  lain  tanpa  merubah Mold  Based ( interchangeable) .  Sebagai tambahan,  parameter  harga  produksi  yang  didapatkan  dengan  cara  perbandingan  desain  awal  dengan desain baru akan dijelaskan dari sisi ekonomisnya.
Batasan  masalah  yang  hadapi  ialah  proses  penelitian  menggunakan  metode  VDI  2222  (Verein Deutsche ingenieuer), yang dimana proses pengerjaan hanya melakukan pembuatan desain baru dari mold sebelumnya  yang  bertipe mold  2  plate dengan  jumlah cavity yang  diinginkan  maksimal 4  cavities , software yang  digunakan  Siemens  PLM  NX  9.0,  dengan  menggunakan  baja  STAVAX  ESR  sebagai bahan core cavity sedangkan untuk part yang lain menggunakan standard Misumi. Bahan baku material plastik berjenis Polyoxymethylene (POM), serta proses simulasi sederhana dengan menggunakan software Moldex 3D.
Pada proses pengerjaan desain ini menggunakan metode VDI 2222 (Verein Deutsche ingenieuer) Metode ini terdiri dari empat tahap yaitu menganalisis, mengkonsep, mendesain, dan menyelesaikan. Serta terdapat beberapa langkah di setiap tahap [4].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  perancangan  mengacu  pada  tahapan  perancangan  menurut  VDI  2222. Verein  Deutsche Inginieuer 2222  (VDI  2222)  merupakan  metode  pendekatan  sistematik  terhadap  desain  untuk merumuskan  dan  mengarahkan  berbagai  macam  metode  desain  yang  semakin  berkembang  akibat kegiatan  penelitian  serta  pengembangan  produk.  Tahapan-tahapan  dari  perancangan  VDI  2222  adalah analisa,  membuat  konsep,  merancang,  dan  penyelesaian  [5].  VDI  2222  mendefinisikan  pendekatan  dan metode  individual  untuk  desain  konseptual  produk  teknis  dan  oleh  karena  itu  sangat  cocok  untuk pengembangan produk baru [5]. Proses ini dapat digambarkan dengan flow chart pada gambar :
Studi Literatur Ve re in D eu ts ch e In gi ni eu er ( VD I ) 22 22 Spesifikasi Produk Pembuatan Konsep Desain Baru  Identifkasi Permasalahan  MISUMI Standard Pengumpulan Data dan
Analisa Produk Awal  Formulasi Usulan Desain Baru
Analisa Kelayakan Konsep Finalisasi Pembuatan Desain Baru (Software NX 9.0)  Core & Cavity
 Cooling Channel
 Flow Simulation (Moldex 3D 14.0)
Analisa Hasil Simulasi
Penyelesaian Desain Baru
 Pembuatan Detail Drawing  Analisa Kelayakan Ekonomis Selesai A na lis a, P em bu at an k on se p, P er an ca ng an , d an P en ye le sa ia n
- U mp an Ba lik -

## Gambar 2. Flow Chart
Penelitian ini  diasumsikan  menggunakan Mesin  yang telah  ada  yaitu Injection Molding ARBURG 420C. untuk data spesifikasi mesin terdapat pada tabel berikut:
Tabel 1. Spesifikasi mesin [6]
Jenis  bahan  baku  yang  digunakan  untuk  membuat  produk  plastik  adalah Polyoxymethylene / Polyacetal (POM) . Polyacetal juga  dikenal  sebagai  POM  adalah  termoplastik  kristal  dengan  kekuatan
Clamping Unit ARBURG 420C clamping force Max. kN 1000 Opening force | stroke max. kN | mm 250  500 Mold mounting platens (w x h) max. mm 570 x 570 Distance between tie bars (w x h)  mm 420 x 420 Ejector force | stroke max. kN | mm 40 175
tarik  tinggi, rigid ,  memiliki  ketahanan  pada  suhu  tinggi,  koefisien  gesekan,  dan  penyerapan  air  yang sangat rendah, sehingga membuatnya menjadi pilihan plastik yang layak untuk banyak aplikasi termasuk pada industry electrical [7] . Sistem pada mold memiliki dua jenis yaitu cold runner dan hot runner . Perbedaannya terdapat pada hot runner yang memiliki komponen tambahan (hot runner) yang berfungsi untuk menjaga runner tetap pada suhu yang diizinkan sampai material masuk kedalam cavity.
Cold  runner sendiri adalah jenis  sistem  yang bisa digunakan pada semua tipe mold yaitu dua dan tiga plat. Kelebihan menggunakan cold runner adalah s istem cold runner relatif lebih hemat biaya karena biaya produksi untuk membuat mold dan biaya perawatannya lebih rendah dari pada sistem hot runner. Biasa digunakan untuk produk – produk yang umum.
Tabel 2. Material melt & Mold temperature [8]
Runner berdasarkan konsep dan fungsinya runner memiliki dua tipe yaitu square konsep dan spoke konsep  [9]. Square adalah  konsep  yang  lebih  kepada  memaksimalkan  jumlah cavity dalam  luas mold . Gambar square konsep dapat dilihat pada Gambar 5.
(a) (b)
Gambar 5. (a) Square Concept, (b) Spoke Concept [10]
Sedangkan Spoke konsep adalah konsep desain runner yang mirip seperti jari-jari yang  berfungsi  agar  setiap runner memiliki  jarak  simetris  bertujuan  agar  lebih  menjaga  jarak  dengan sprue dimana  material  plastik  cair  masuk.  Sehingga  tidak  perlu  membutuhkan  material  plastik  terlalu besar dan mengurangi jumlah runner yang terbuang. Gambar spoke konsep dapat dilihat pada Gambar 6. Gate / gating adalah lubang tempat cairan plastik masuk kedalam rongga cetak. Perencanaan bentuk, dimensi,  dan  penempatannya  dapat  berpengaruh  terhadap  kualitas  produk,  baik  dari  penampilan, shrinkage dan pressure yang  dibutuhkan  saat  pembentukan  produk.  Penempatan gate juga  akan berpengaruh  terhadap  besarnya  gaya  clamping  mesin  injeksi  yang  dibutuhkan  untuk  menahan  gaya pembentukan rongga cetak dan menghindarkan kemungkinan cacat produk saat injeksi.
Ada beberapa jenis gate yang dapat digunakan pada proses injeksi cetakan dan salah satunya yang digunakan dalam penelitian ini ada lah sub marine gate dan edge gate . Dapat dilihat pada gambar berikut.
Polymer Melt Temp. (°C) Mold Temp. (°C) FEP 350 220 Polyethersulphone 360 150 ABS 240 60 Crystalline 275 135 Polyacetal 205 90 Polyphenylene Sulphide 320 135 Nylon 6 250 80 Nylon 66 280 80
(a)
(b)
Gambar 7. (a) Submarine Gate (b) Edge Gate
Edge Gate merupakan gate sederhana  yang ada dari semua jenis gate pada proses injeksi cetakan plastik. Sedangkan Sub Marine Gate adalah jenis gate yang mudah dipatahkan dan tidak merusak produk, sehingga  penampilan  produk  akan  rapih  dan  besar  juga  dapat  menghemat  kerja  tambahan  yang  sering dilakukan untuk membersihkan / mematahkan gate.
Air  trap adalah  jenis  cacat  dimana  material  cair  tidak  memenuhi cavity akibat  adanya  udara  yang terjebak pada cavity , sehingga bentuk produk tidak sesuai dengan bentuk yang diharapkan. [11]
Produk dari mold yang akan dibuat desain baru disajikan pada gambar 8.
(a)
(b) Gambar 8. (a) XCR CAM T-3006 (b) Return Pin T-3007

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Produk mold yang akan didesain adalah XCR CAM dan Return Pin. Spesifikasi dari produk tersebut adalah bahan baku material plastik berjenis POM (Polyoxymethylene) / Polyacetal dengan nilai titik leleh sebesar  205°C.  Spesifikasi  mesin  injeksi  yang  digunakan  adalah  mesin  Asburg  420C,  Clamping  Force 100 Ton, maksimal tekanan injeksi 2500 bar dimensi maksimal mold panjang 420 x Lebar 420 x Tebal 750 mm.
Proses  pembentukan  material  plastik  dilakukan  dengan  proses  injeksi.  Merancang mold baru menggunakan  prinsip  yang sama dengan mold sebelumnya. Mold yang telah ada dengan kapasitas  satu cavity dua produk menjadi empat cavity dengan empat produk dan siklus produksi dalam sekali proses. Pada mold terdahulu  menggunakan  jenis  material mid  steel karena  mold  terdahulu  bertipe  ( protomold ) yang mana mold didesain hanya untuk proses jangka pendek / hanya untuk beberapa kali shot saja.
Mold kali  ini  menggunakan  jenis  bahan  material  baja  karbon  tinggi  / high  steel (Stavax) . Baja Stavax juga merupakan baja yang sering digunakan untuk komponen mold terutama Core Cavity karena baja Stavax memiliki tingkat ketahanan aus yang lebih tinggi yang memungkinkan umur pemakaian yang jauh lebih lama (Mass Production). Berikut tabel kandungan yang terdapat pada baja Stavax.
Tabel 3. Kandungan material stavac ESR [12]
C Si Mn Cr Mo V 0.38 % 0.9 % 0.5 % 13.6 % 1.0 % 0.3 %
Penelitian ini berfokus pada pembuatan mold baru dengan jumlah kapasitas dari satu cavity dengan dua  produk  yang  berbeda  menjadi  empat cavity yang  memiliki  empat  produk  dengan  memanfaatkan sistem insert sebagai cavitynya .  Berikut  adalah  gambar  dari  hasil  pembuatan core baru  yang  telah dilakukan.
(a) (b) Gambar 8. Desain Mold Insert (a) Lama (b) Baru
Gambar 11 menunjukkan desain core terdahulu yang hanya memliki dua jenis produk yang berbeda dalam satu cavity sedangkan pada gambar desain kedua, gambar 12 merupakan hasil pembuatan core baru sehingga  jumlah  kapasitas mold yang  didesain  meningkat  menjadi  empat  produk  dalam  sekali  siklus produksi. Dan pada gambar 12 desain kedua menggunakan empat insert sebagai cavity. Dua insert untuk  produk  XCR  CAM  dan  dua insert untuk  produk  Return  Pin  serta  menggunakan Interchangable Insert yang dapat di adjust sehingga dapat memilih produk mana yang ingin di produksi lebih dulu. Rancangan desain mold dalam konstruksi utuh dapat dilihat pada gambar 13.
Gambar 13. Konstruksi Utuh Cetakan Plastik
Simulasi dari injeksi desain runner dan produk menggunakan software Moldex 3D 14.0. merupakan software yang digunakan untuk mensimulasikan proses / flow dari cetakan plastik sehingga mendapatkan estimasi waktu yang dibutuhkan dalam sekali siklus produksi.
Proses yang dilakukan adalah dengan melakukan desain  simulasi dengan mengunakan Moldex 3D yaitu  membuat  konstruksi  dari  cetakan  yang  sudah  kita  desain  dengan  NX  9.0  untuk  dibuatkannya simulasi dengan tahapan: import product , import runner , penentuan melt entrance face , import cooling , mold base , dan menentukan cooling entrance, exit node. Lalu dilanjutkan dengan mensimulasikan produk yang sudah kita buat. Dapat dilihat pada gambar berikut.
(a) (b)
(c)
Gambar 14. Konstruksi Simulasi Proses Plastic Incjection , (a) Start , (b) Middle Process , (c) Finish
Dari  hasil  simulasi  yang  dilakukan  didapatkan  waktu  11.5  detik  dalam  sekali  produksi. Perbandingan tersebut dapat kita lihat pada tabel berikut.

## Tabel 4. Perbandingan Kapasitas Serta Waktu Siklus Antara Desain Mold
Berdasarkan  perhitungan  waktu  yang  didapatkan  dari  hasil  simulasi  penyuntikan  menggunakan software Moldex  3D  waktu  yang  dibutuhkan  sedikit  lebih  lama  kisaran  30.7%  dari mold sebelumnya, namun pada mold baru kapasitas produksi dalam sekali shot tidak mengalami peningkatan hingga dua kali lipat dari mold sebelumnya.
Dengan  demikian  hasil  dari  pembuatan mold baru  dapat  digunakan  karena  ada  nya  pengingkatan dari kapasitas sebelumnya dan perbedaan waktu tidak terlalu jauh.

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  pembuatan  desain  dan  simulasi mold yang  telah  dilakukan  diatas,  maka  didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a. Desain  mold  awal, single  cavity dengan  dua  produk  menjadi multi-cavity dengan  menghasilkan empat  produk  dalam  sekali  proses  produksi  bisa  meningkatkan  kapasitas  produksi  sebesar  100%
Kapasitas Produksi Waktu Siklus Biaya Pembuatan Mold Desain mold yang telah ada 2 buah 8.8 detik Rp 75.743.273,12 Mold baru yang telah didesain 4 buah 11.5 detik Rp 80.743.273,12
dalam cycle time sebesar 11.8 detik.
b. Cycle time bertambah sebesar 30.7 % dengan perubahan jumlah core dan cavity nya.
c. Perusahaan  bisa  melakukan  penghematan  anggaran  sebesar  46.7%  jika  dibandingkan  dengan menggunakan dua mold sekaligus yang bisa menelan biaya sebesar Rp. 151,486,546,-

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didukung oleh Politeknik Negeri Batam dengan Departemen Pusat Tooling dan Kompetensi PT. Schneider Electric Manufacturing Batam berkolaborasi dalam Program Magang Setahun Tahun 2018/2019

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  M. L. H. Low and K. S. Lee, “3D Rapid Realization of Initial Design for Plastic Injection Moulds,” J. Inst. Eng., vol. 44, no. 4, pp. 15–30, 2004.
[2]  S. Teklehaimanot, “Simulation And Design Of A Plastic Injection Mold,” Arcada, pp. 1–53, 2011. [3]  “Injection Mold Arburg 420 C.” [Online]. Available:
https://www.equipmatching.com/used_equipment/8/115/282915.php.
[4]  C. P. M. Sianipar, G. Yudoko, K. Dowaki, and A. Adhiutama, “Design methodology for appropriate technology: Engineering as if people mattered,” Sustain., vol. 5, no. 8, pp. 3382–3425, 2013.
[5]  K.-H. Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., Grote, Engineering Design - A Systematic Approach. 2007.
[6]  G. Edition, “GOLDEN EDITION ALLROUNDER 420 C.” [Online]. Available: www.arburg.com.
[7]  B. Material and F. O. R. Engineering, “Pom (polyacetal).” [Online]. Available: https://3.imimg.com.
[8]  J. A. Brydson, “Plastics Materials,” Elsevier, vol. 7, p. 920, 1999.
[9]  1998 Bryce D. M., Plastic Injection Molding Mold Design and Construction Fundamentals, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Michigan. 1998.
[10]  “Runner System layout.” [Online]. Available:
http://www.dc.engr.scu.edu/cmdoc/dg_doc/develop/design/runner/34000003.htm.
[11]  I. Yulianto and H. Prassetiyo, “Rancangan Desain Mold Produk Knob Regulator Kompor Gas pada Proses Injection Molding,” J. Online Inst. Teknol. Nas., vol. 02, no. 03, pp. 140–151, 2014.
[12]  S. Esr, “Stavax ESR,” Material Data Sheet. [Online]. Available: https://www.uddeholm.com/.