BAB II

LANDASAN TEORI

Plastic molding adalah proses pembentukan benda kerja dengan

bentuk yang dikehendaki dari material kompon (plastic/ compound

articles) dengan menggunakan alat bantu yang berupa cetakan atau mold

yang dalam proses pembuatannya menggunakan perlakuuan panas dan

pemberian tekanan. Molding hampir sama dengan casting atau pengecoran

untuk menbuat benda-benda dari material logam. Material yang dibuat

berupa butiran atau granulat plastik akan menjadi leleh seperti bubur jika

dipanaskan.

Pemilihan proses molding secara umum ditentukan oleh pemilihan

material untuk mendapatkan sifat-sifat fisik yang diinginkan dari benda

kerja (workpiece) yang akan dibuat. Disamping hal tersebut, pemilihan

proses molding juga dipengaruhi oleh bentuk desain produk yang akan

dibuat atau diproduksi.

Berdasarkan material plastik yang dibuat, bentuk produk yang

dibuat, dan faktor yang mempengaruhi proses molding, metode dasar

molding dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut:

a). Compresion molding

Pada proses ini material diletakkan dalam mold yang dipanaskan.

Setelah plastik kompon (plastic compound) menjadi lunak dan bersifat

plastis, maka bagian atas dari mold akan bergerak turun dan menekan

material menjadi bentuk yang diinginkan. Apabila panas dan tekanan yang

ada diteruskan, maka akan menghasilkan reaksi kimia yang bisa

mengeraskan material thermosetting tersebut. Suatu molding untuk

material thermostting panas yang diberikan antara 300º-359º F (149º-

182ºC) dan tekanan molding antara 155-600 bar.

b). Transfer molding

Transfer molding adalah pembentukan artikel (benda kerja) ke

dalam sebuah mold yang tertutup dari material thermosetting yang

disiapkan ke dalam reservoir (bak penampung material plastik) dan

memaksanya masuk melalui runner (kanal) ke dalam cavity dengan

menggunakan panas dan tekanan.

Dalam transfer molding dibutuhksn toleransi yang kecil pada

semua bagian mold, sehingga sangat diperlukan dalam pembuatan mold

berkonsultasi secara baik dengan product designer, mold designer, dan

molder/operator untuk menentukan toleransi tersebut.

c). Injection molding

Proses ini sangat sesuai untuk material thermoplastic, karena

dengan pemanasan, material ini akan menjadi lunak. Dan sebaliknya, akan

mengeras lagi bila didinginkan. Perubahan-perubahan ini hanya bersifat

fisik, bukan berupa perubahan kimia artinya proses pelunakan dan

pengerasan kembali bisa diulang-ulang setiap saat, sehingga kemungkinan

untuk mendaur-ulang material thermoplastic sesuai dengan kebutuhan.

Material plastik berbentuk granalut/butiran ditempatkan ke dalam

sebuah hopper/corong yang memaksa masuk ke dalam silinder injeksi.

Sejumlah material yang akan diproses akan diukur tepat dan didorong

dengan torak piston atau pendorong ulir dalam silinder panas. Material

yang sudah dipanasi dan berubah menjadi lunak seperti bubur kemudian

didorong melalui nozzle dan melalui sprue bushing material masuk

kedalam rongga (cavity) mold yang sudah tertutup. Setelah beberapa saat

didinginkan, ceetakan molding dibuka dan benda yang sudah mengeras

dikeluarkan dari cetakan dengan ejector. Panas yang diberikan pada

material biasanya berkisar antara 350º-525º F (177º-274º C)

d). Blow molding

Pada prinsipnya blow molding merupakan cara mencetak banda

kerja berongga, dengan menggunakan cetakan yang terdiri dari dua

belahan mold yang tidak menggunakan inti (core) sebagai pembentuk

rongga. Material yang sudah dimasukkan ke dalam cetakan ditiup dengan

udara dengan tekanan tertentu hingga mengembang memenuhi rongga

mold atau cetakan dan berbentuk bangunan seperti bentuk mold-nya.

Kebanyakan blow molding diguanakan untuk membuat benda dan

peralatan dari plastik yang berbentuk tabung, seperti botol plastik,

kemasan kosmetik, dan benda serta peralatan lain yang mempunyai rongga

pada bagian dalamnya.

e). Extrusion Molding

Proses ini memiliki kemiripan dengan injection molding hanya

pada extrusion molding material yang akan dibentuk berupa bentukan

profil tertentu yang panjang. Peralatan injeksi dan pemanas material

plastik hampir sama dengan injection molding.

f). Vacuum Forming

Vacuum forming adalah suatu teknik yang digunakan untuk

membentuk berbagai plastik. Pada umumnya vacuum forming digunakan

untuk membentuk plastik tipis seperti, Polythene dan perspex. Vacuum

forming digunakan apabila suatu bentuk tidak biasa seperti piring atau

suatu bentuk-bentuk yang menyerupai kotak diperlukan. Material plastik

dimasukkan dalam ruangan cetakan diatas cetakan bendanya. Kemudian

ruangan cetakan dipanaskan sehinga material plastik menjadi lunak. Pada

saat material plastik melunak, cetakan bergerak ke atas sehingga material

plastik mengenai cetakan. Kemudian bagian bawah cetakan dihisab

dengan udara sehingga material palastik akan membentuk benda sesuai

dengan cetakan.

Desain produk molding dapat dirancang dengan software komputer

yang beraneka ragam. Salah satu program yang sering digunakan untuk

merancang suatu produk adalah CATIA V5R15. Disamping itu proses

molding yang meliputi proses penginjeksian material (filling), cooling

system, warpage (penyuysutan material karena pengaruh shrinkage).

Shrinkage adalah penyusutan dimensi dari plastic part,

dibandingkan dengan dimensi mold. Shrinkage terjadi karena penurunan

suhu pada polimer saat pendinginan. Besarnya shrinkage dapat berbeda-

beda pada arah yang berbeda. Material crystalline dan semi-crystalline

umumnya cenderung mengalami thermal shrinkage; material amorphous

cenderung mengalami shrinkage yang lebih sedikit. Shrinkage yang

berlebihan dapat disebabkan oleh:

Tekanan injeksi yang rendah

Waktu cooling yang terlalu rendah

Temperatur leleh yang tinggi

Temperatur mold yang tinggi

Tekanan holding yang rendah

Injection Moulding

Injection moulding adalah proses pembentukan atau pembuatan

benda kerja dengan material plastik yang dipanaskan dengan pemberian

temperatur tertentu, kemudian material plastik yang sudah cair

diinjeksikan atau disuntikkan dengan tekanan tertentu ke dalam rongga

cetakan (cavity). Setelah beberapa saat larutan plastik yang sudah masuk

ke dalam cetakan didinginkan dengan pendinginan dan akan mengeras

membentuk benda kerja. Benda kerja yang telah mengeras selanjutnya

dikeluarkan dari cetakan dengan menggunakan ejector, sehingga terbentuk

benda kerja sesuai dengan cetakan yang dikehendaki.

Proses ini sangat sesuai untuk material thermoplastic, karena

dengan pemanasan, material ini akan menjadi lunak. Dan sebaliknya,

akan mengeras lagi bila didinginkan. Perubahan-perubahan ini hanya

bersifat fisik, bukan perubahan kimia, artinya proses pelunakan dan

pengerasan kembali bisa diulang-ulang setiap saat, sehingga

memungkinkan mendaur-ulang material termoplastik sesuai dengan

kebutuhan. Material plastik yang berbentuk granulat/butiran ditempatkan

ke dalam sebuah hopper/torong yang memaksa masuk ke dalam silinder

injeksi. Sejumlah material yang akan diproses akan diukur tepat dan

didorong dengan torak piston dalam silinder pemanas. Material yang

sudah dipanasi sampai mencair didorong melalui nozzle dan melalui sprue

bushing ke dalam rongga (cavity) dari mould yang sudah tertutup. Setelah

beberapa saat didinginkan, cetakan moulding dibuka dan benda jadi yang

sudah mengeras dikeluarkan dengan ejector. Panas yang diberikan pada

material biasanya berkisar antara 350-525 F (177-274 C). Gambar 3.

Mesin injection molding.

Konstruksi Mesin Injection Moulding

Secara umum konstruksi mesin injection moulding terdiri dari tiga

unit pokok yang penting yaitu clamping unit, injection unit, dan mould

unit. Gambar 4. berikut menunjukkan tiga unit bagian mesin injection

moulding.

Gambar 1. Skema Mesin injection moulding

a) Clamping Unit

Clamping unit berfungsi membuka dan menutup mould dan

menjaganya dengan memberikan tekanan penahan (clamping pressure)

terhadap mould agar material yang diinjeksikan pada mould tidak meresap

keluar pada saat proses berlangsung. Gambar 5. menunjukkan dua macam

unit clamping pada saat menutup dan membuka.

b) Injection Unit

Injection unit merupakan unit yang berfungsi untuk melelehkan

plastik dengan suhu yang disesuaikan dengan material plastik hingga

mendorong cairan ke dalam cavity dengan waktu, tekanan, temperatur, dan

kepekatan tertentu. Bagian-bagian injection unit dan fungsinya :

1. Motor dan Transmission Gear Unit

Motor dan transmission gear unit berfungsi untuk menggerakkan

screw pada barel dengan unit gear untuk memperkecil pembebanan.

2. Cylinder Screw Ram

Cylinder screw ram berfungsi untuk mempermudah gerakan screw

dengan menggunakan momen inersia sekaligus menjaga putaran screw

tetap konstan, sehingga didapatkan tekanan dan kecepatan yang konstan

saat dilakukan injection.

3. Hopper

Hopper adalah tempat untuk meletakkan material plastik sebelum

masuk ke barrel.

4. Barrel

Barrel adalah tempat screw dan selubung yang menjaga aliran

plastik ketika dipanasi oleh heater, pada bagian ini juga terdapat heater

untuk memanaskan plastik.

5. Reciprocating Screw

Reciprocating screw berfungsi untuk mengalirkan plastik dari

hopper ke nozzle.

6. Nonreturn Valve

Nonreturn Valve berfungsi untuk menjaga aliran plastik yang telah

meleleh agar tidak kembali saat screw berhenti berputar. Gambar 6.

adalah gambaran detail mesin injection moulding dengan tiga unit

pendukungnya.

c) Mould Unit

Moulding unit adalah bagian yang berfungsi untuk membentuk

benda yang akan dicetak. Gambar 7. menunjukkan bagian-bagian mould

standar, moulding unit memiliki bagian utama yaitu :

Gambar 2. Mould standar

1. Sprue dan Runner System

Sprue adalah bagian yang menerima plastik dari nozzle lalu oleh

runner akan dimasukkan ke dalam cavity mould. Biasanya berbentuk

taper (kerucut) karena dikeluarkan dari sprue bushing. Bentuk kerucut ini

dibuat dengan tujuan agar pada saat pembukaan cetakan, sisa material

dapat terbawa oleh benda sehingga tidak menghambat proses injeksi

berikutnya. Sprue bukan merupakan bagian dari produk moulding dan

akan dibuang pada finishing produk.

2. Cavity Side/Mould Cavity

Cavity side/mould cavity merupakan bagian yang membentuk

plastik yang dicetak, cavity side terletak pada stationary plate, yaitu plate

yang tidak bergerak saat dilakukan ejecting.

3. Core Side

Core side merupakan bagian yang ikut memberikan bentuk plastik

yang dicetak. Core side terletak pada moving plate yang dihubungkan

dengan ejector sehingga ikut bergerak saat dilakukan ejecting.

4. Ejector System

Ejector adalah bagian yang berfungsi untuk melepas produk dari

cavity mould.

5. Gate

Gate adalah bagian yang langsung berhubungan dengan benda

kerja, sebagai tempat mulainya injeksi atau masuknya material ke dalam

cavity.

6. Insert

Insert adalah bagian lubang tempat masuknya material plastik ke

dalam rongga cetakan (cavity).

7. Coolant Channel

Coolant channel yaitu bagian yang berfungsi sebagai pendingin

cetakan untuk mempercepat proses pengerasan material plastik.

Langkah-Langkah Proses Injection Moulding

Terdapat enam langkah penting di dalam setiap proses injection

moulding, yaitu sebagai berikut :

a). Clamping

Setiap mesin injection moulding terdiri dari tiga peralatan dasar,

yaitu mould unit, clamping unit dan injection unit. Clamping unit

berfungsi untuk memegang cetakan/mould dibawah tekanan pada saat

proses injeksi dan pendinginan berlangsung. Pada dasarnya, clamping

berfungsi untuk memegang dua belahan mould dari injection moulding,

secara bersamaan. Pada saat proses injeksi clamping unit berfungsi untuk

menahan gaya, tekan dan mengeluarkan benda jadi dari cetakan.

b). Injection

Sebelum penginjeksian, material plastik masih dalam bentuk

butiran-butiran serbuk yang mudah tersumbat. Kemudian material dalam

bentuk butiran tersebut dimasukkan ke dalam hopper pada unit injeksi.

Material plastik diproses dalam silinder yang dipanaskan hingga mencair.

Kemudian silinder bekerja dengan motorized screw yang berfungsi untuk

mencampur dan mengaduk material plastik yang sudah meleleh tersebut

serta menekannya sampai pada ujung silinder.

Setelah material cukup untuk diakumulasikan pada bagian ujung

screw, proses injeksi bekerja. Material plastik yang sudah berada pada

ujung screw kemudian dimasukkan atau diinjeksikan ke dalam cetakan

melalui sprue bushing. Tekanan dan kecepatan injeksi pada saat proses

berlangsung dikontrol oleh screw.

c). Dwelling

Dwelling merupakan langkah penghentian sementara proses

injeksi. Material plastik yang sudah diinjeksikan ke dalam cetakan dengan

pemberian tekanan tertentu harus dipastikan mengisi ke semua bagian

cavity (rongga cetakan). Proses ini untuk menghindari adanya cacat

produk akibat keropos atau weld.

d). Cooling (Pendinginan)

Material plastik yang sudah mengisi cetakan dan membentuk

benda sesuai cetakan, lalu didinginkan dengan temperatur tertentu agar

material plastik cepat menjadi solid atau mengeras.

e). Mould Opening (Pembukaan Cetakan)

Material yang sudah mengeras setelah didinginkan kemudian

menjadi benda jadi. Dua belah cetakan kemudian dibuka dengan perantara

peralatan clamping plate dan setting plate.

f). Ejection

Langkah terakhir adalah mengeluarkan benda jadi dari dalam

cetakan agar proses penginjeksian berikutnya dapat dilakukan. Pada

langkah ejection biasanya, desain-desain moulding tertentu digunakan

untuk memotong runner dan sprue dari material plastik. Dengan demikian

maka benda hasil moulding tidak perlu dilakukan pekerjaan lanjutan

pemotongan runner dan sprue. Untuk tujuan dan desain tertentu,

terkadang runner dan sprue tidak dipotong secara langsung pada saat

proses ejection. Setelah langkah-langkah tersebut bekerja dan

menghasilkan produk moulding, maka dilanjutkan dengan proses

berikutnya dengan langkah yang sama secara berulang-ulang hingga

mencapai jumlah produksi yang dikehendaki.

Ejector

Setelah material plastik yang diinjeksikan ke dalam cetakan

moulding memenuhi rongga (cavity) dan membentuk benda sesuai dengan

cetakan, maka produk telah jadi. Untuk mengeluarkan produk hasil

cetakan dari dalam rongga mould atau cavity, diperlukan peralatan

pendorong yang sering disebut ejector. Proses pengeluaran produk dari

dalam cavity ini disebut dengan ejection. Terdapat bermacam-macam

ejector yaitu :

a). Sleeve Ejector

Sleeve Ejector digunakan untuk benda yang sirkular (silindris dan

berlubang ditengahnya dan mempunyai ketebalan benda yang tipis). Inti

atau core itu sendiri dipasang pada ejector plate. Ejector tersebut

melingkari core pin dan menyentak produk di seluruh sudut.

Gambar 8. Contoh sleeve ejector

b). Blade Ejector

Blade ejector berguna untuk mengeluarkan produk yang

mempunyai ribb atau penguat yang tipis dan panjang.

Gambar 9. Contoh blade ejector

c). Stripper Plate atau Pelat Penyentak

Stripper plate digunakan untuk mengeluarkan produk yang core-

nya berbentuk taper dengan menggunakan pelat secara akurat di sekeliling

core. Stripper plate ini merupakan solusi yang mahal karena dibutuhkan

ketepatan ukuran sehingga tidak mudah terjadi flashing (jebret).

Keuntungan dari tipe ini yakni bekas ejector tidak nampak.

Gambar 10. Contoh stripper plate

Pendinginan Mould

Setelah bahan plastik yang panas masuk ke dalam cetakan, cetakan

harus didinginkan dengan cepat. Pendinginan tersebut untuk

mempertahankan bentuk part yang dicetak sesuai dengan yang diinginkan

ketika dipindahkan dari cetakan/mould. Jika pendinginan tidak ada, bahan

plastik yang panas akan secara alami memanaskan mould sampai batas

dimana pendinginan suatu bentuk part yang pejal tidak akan dicapai.

Suhu cetakan adalah sangat penting, maka dari itu bagaimana mendesain

pendinginan yang merata pada mould.

Zat antara pendinginan cetakan yang khas adalah udara, air dan

suatu campuran glikol water/ethylene. Udara mengacu pada pancaran

panas dari mould. Air mengalir sepanjang kanal di dalam mould untuk

mengangkut panas. Water/ethylene glikol digunakan untuk persyaratan-

persyaratan pendinginan ekstrem dan juga mengalir sepanjang kanal untuk

mengangkut panas.

Bahan plastik yang panas akan memanaskan mould. Sebagian dari

panas ini akan menyebar ke udara melingkupi mould. Panas berpindah

dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Perbedaan suhu

dan bukan jumlah dari panas yang mengakibatkan perpindahan panas

tersebut. Semakin besar perbedaan suhu semakin besar laju alirnya.

Pepindahan panas jenis ini berlangsung sejak bahan plastik yang panas

kontak denagn mould dan lalu kepada saluran air. Efisiensi pendinginan

dari suatu cetakan ditentukan oleh tipe dari pendingin yang digunakan,

tekanan bahan pendingin, suhu laju alir dan bahan pendingin.

Merancang sistem pendinginan yang tepat untuk suatu cetakan, ada

banyak parameter yang harus dipertimbangkan oleh perancang cetakan,

diantaranya :

1. Tipe dari bahan plastik dan suhu lelehnya.

2. Bahan pendingin yang akan digunakan.

3. Lokasi pendinginan yang akan dibuat.

4. Ukuran, nomor, dan panjang dari kanal-kanalnya.

5. Lokasi kanal-kanal satu sama lain.

6. Volume kanal pendingin.

CATIA

CATIA adalah engineering software untuk aplikasi CAD

(Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Engineering), dan CAM

(Computer Aided Manufacturing) yang saling terintegrasi satu dengan

lainnya. Merupakan solusi yang sangat tepat dalam menangani proses

pengembangan produk secara lengkap, dari awal berupa konsep desain,

analisa kekuatan sampai pengerjaan di work shop (proses manufaktur).

Desain di CATIA mencakup gambar dua dimensi maupun tiga

dimensi baik berupa model wireframe dan surface maupun model berupa

benda solid. Dengan tampilan yang sangat user friendly, merancang

produk yang rumit di CATIA jadi terasa mudah. Untuk proses manufaktur

dengan mesin CNC, CAM di CATIA saat ini tersedia modul lathe

programming (mencakup dua axis dan multi-axis) serta milling

programming (mencakup 2.5, 3, dan 5 axis).

Dikembangkan oleh Dassault Systems selama lebih dari 20 tahun,

CATIA (Computer-Aided Three-Dimensional Interactive Application) saat

ini dikenal luas sebagai software CAD/CAE/CAM papan atas tingkat

dunia. Ribuan perusahaan dari berbagai macam industri di seluruh dunia

telah memilih untuk menggunakan CATIA dalam memastikan

keberhasilan produk mereka. Begitu juga dengan perguruan tinggi di

seluruh dunia yang menggunakan software ini untuk keperluan pendidikan

maupun penelitian.

CATIA dapat diterapkan di industri-industri dengan ruang lingkup

yang sangat luas, dari industri pesawat terbang (aerospace), otomotif, dan

industri mesin-mesin, juga pada industri elektronik, kapal, desain

pabrik/bangunan, dan bahkan barang-barang yang sering digunakan

sehari-hari (consumer goods). Dapat dikatakan, saat ini CATIA

digunakan untuk merancang apapun, dari pesawat terbang.

Sejarah CATIA

CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive

Application) adalah perangkat lunak komersial multi-platform

CAD/CAM/CAE dikembangkan oleh perusahaan Perancis Dassault

Systems dan dipasarkan ke seluruh dunia oleh IBM. Perangkat lunak ini

diciptakan pada akhir 1970-an dan awal 1980-an untuk mengembangkan

di Dassault Mirage jet tempur, kemudian diadopsi dalam aerospace,

otomotif, pembuatan kapal, dan industri lain.

CATIA dimulai sebagai sebuah usaha rumahan pada tahun 1977

oleh pabrik pesawat Perancis Avions Marcel Dassault, pada saat itu

pelanggan dari perangkat lunak CAD CADAM. Awalnya bernama CATI

(Conception Assistée Tridimensionnelle Interaktif). Berganti nama

menjadi CATIA pada tahun 1981, ketika Dassault membuat anak

perusahaan untuk mengembangkan dan menjual perangkat lunak, dan

menandatangani non-eksklusif perjanjian distribusi dengan IBM. Pada

tahun 1984, Perusahaan Boeing memilih CATIA sebagai alat CAD 3D

utama dan menjadi pelanggan terbesar. Pada tahun 1988, CATIA versi 3

adalah porting dari komputer mainframe ke UNIX. Pada tahun 1990,

General Dynamics Electric Boat Corp memilih CATIA sebagai alat CAD

3D utama, untuk merancang Angkatan Laut AS Kapal selam kelas

Virginia. Pada tahun 1992, CADAM dibeli dari IBM dan pada tahun

berikutnya CADAM CATIA V4 diterbitkan. Pada tahun 1996, itu adalah

porting dari satu sampai empat sistem operasi Unix, termasuk IBM AIX,

Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS dan Hewlett-Packard

HP-UX. Pada tahun 1998, CATIA V5 dirilis, dengan dukungan untuk

UNIX, Windows NT dan Windows XP sejak tahun 2001. Pada tahun

2008, Dassault diumumkan dan dirilis CATIA V6. Sementara server

dapat berjalan pada Microsoft Windows, Linux atau AIX, klien dukungan

untuk sistem operasi selain Microsoft Windows dijatuhkan.

Proses D esain dengan Catia

Secara garis besar desain menggunakan software Catia dapat

dilihat pada flow chart di bawah ini.