OPTIMALISASI PROSES INJEKSI MOLDING MENGGUNAKAN MOLDFLOW DUAL-DOMAIN PADA DESAIN BASE PLATE

Transkripsi

1 OPTIMALISASI PROSES INJEKSI MOLDING MENGGUNAKAN MOLDFLOW DUAL-DOMAIN PADA DESAIN BASE PLATE TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Industri FX. SETO AGUNG RIYANTO PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS ATMA JAYA YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2015 i

2 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir berjudul OPTIMALISASI PROSES INJEKSI MOLDING MENGGUNAKAN MOLDFLOW DUAL-DOMAIN PADA DESAIN BASE PLATE yang disusun oleh FX. Seto Agung Riyanto dinyatakan telah memenuhi syarat pada tanggal 8 September 2015 Dosen Pembimbing 1 Dosen Pembimbing 2 Paulus Wisnu Anggoro, S.T.,M.T. Cahyo Budiyantoro, S.T., M.Sc. Tim Penguji, Penguji 1, Paulus Wisnu Anggoro, S.T.,M.T. Penguji 2, Penguji 3, Dr. A. Teguh Siswantoro, M.Sc. A. Tonny Yuniarto, S.T.,M.Eng. Yogyakarta, 8 September 2015 Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Fakultas Teknologi Industri, Dekan, Dr. A. Teguh Siswantoro, M.Sc. ii ii

3 PERNYATAAN ORIGINALITAS Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : FX. Seto Agung Riyanto NPM : Dengan ini menyatakan bahwa tugas akhir saya dengan judul Optimalisasi Proses Injeksi Molding Menggunakan Moldflow Dual-Domain pada Desain Base Plate merupakan hasil penelitian saya pada Tahun Akademik 2014/2015 yang bersifat original dan tidak mengandung plagiasi dari karya manapun. Bilamana di kemudian hari ditemukan ketidaksesuaian dengan pernyataan ini, maka saya bersedia dituntut dan diproses sesuai dengan ketentuan yang berlaku termasuk untuk dicabut gelar Sarjana yang telah diberikan Universitas Atma Jaya Yogyakarta kepada saya. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sesungguhnya dan dengan sebenarbenarnya. Yogyakarta, 8 September 2015 Yang menyatakan, FX. Seto Agung Riyanto iii

4 HALAMAN PERSEMBAHAN temukan kebahagiaan dengan menentukan sebuah tujuan (pencapaian) hidup... biarkan itu menjadi harapan yang menginspirasi, mengatur pikiran dan membebaskan energi untuk mencapainya... Skripsi ini kupersembahkan kepada: Tuhan Yang Maha Esa Kedua Orang Tua Istriku Tersayang Teman-teman Seperjuangan iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan anugrah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan baik dan lancar. Laporan Tugas Akhir ini ditujukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai derajat Sarjana Teknik Industri, Fakultas Teknologi Industri Universitas Atma Jaya Yogyakarta. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. A. Teguh Siswantoro, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 2. Bapak V. Ariyono, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Industri Fakultas Teknologi Industri Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 3. Bapak P. Wisnu Anggoro, S.T., M.T. selaku Koordinator Program Transfer ATMI-Universitas Atma Jaya Yogyakarta dan dosen pembimbing Bapak Cahyo Budiyantoro, S.T., M.Sc. selaku Kepala Pusat Unggulan Teknologi Plastik dan dosen pembimbing 2 yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing, mengarahkan, dan memberikan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 5. Romo T. Agus Sriyono SJ, S.S. selaku Direktur Politeknik ATMI Surakarta yang telah mengijinkan penulis melanjutkan studi di Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 6. Romo Josephus Benedictus Clay Pareira SJ, S.S. selaku Direktur Business Development and Ethics Center (BizDec) ATMI Surakarta yang telah memberikan beasiswa PAPKI kepada penulis untuk dapat melanjutkan studi. 7. Bapak YV. Yudha Samudra HM, S.T., M.Eng., selaku Pudir I bidang pendidikan Politeknik ATMI Surakarta yang mendukung penulis untuk melanjutkan studi. 8. Bapak Herda Pamasaria, S.T. berserta Team Pusat Unggulan Teknologi Plastik (PUTP) di ATMI Surakarta yang telah memberikan kesempatan v

6 kepada penulis untuk bergabung dan menggunakan fasilitas laboratorium Moldflow untuk penelitian. 9. Bapak Andika Vipi Pradipta selaku kepala Work Injection PT. ATMI Surakarta yang telah mengijinkan penulis melakukan eksperimen injeksi plastik sebagai bagian dari penelitian. 10. Bapak Suryadi beserta seluruh staff IGI-ATMI Surakarta yang telah memberikan masukan untuk desain mold base di penelitian ini. 11. Bapak FX. Suryadi, Ing.FH selaku kepala Teknik Perancangan Mesin dan Mekanik (TPM) yang telah mengijinkan penulis untuk mengurangi beban kerja di ATMI Surakarta dan fokus dalam studi. 12. Bondan W, Atika W, Hananto, Ratmono, Hendriarto, Didik, Adi Nugroho, Andy, Ancis dan para instruktur TPM ATMI Surakarta lainnya yang telah mendukung penulis. 13. Bapak (Alm) Y. Mujiyatno dan ibu Ans. Srimuji Rahayu tersayang yang selalu mendukung dalam doa dan semangat. 14. Eugene Christy Yuliana, istriku tercinta yang selalu mendukung dalam kesetiaan, doa dan logistik. 15. Saudara-saudaraku tersayang Albertus Krisna Widjaja dan Thomas Bima Aji. 16. Teman-teman satu angkatan ATMI JAYA yang selalu membantu dan mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi pendidikan dan dunia industri pada khususnya serta bermanfaat bagi para sahabat pembaca pada umumnya. Yogyakarta, 8 September 2015 Penulis vi

7 DAFTAR ISI BAB JUDUL HAL Halaman Judul Halaman Pengesahan Pernyataan Originalitas Halaman Persembahan Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Intisari i ii iii vi v vii xi xiii xvii xviii 1 Pendahuluan Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah 3 2 Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori Tinjauan Pustaka Penelitian Terdahulu Penelitian Sekarang Dasar Teori Metode Elemen Hingga Analisis Elemen Hingga 11 vii

8 Prinsip Dasar Software Molflow Plastik Insight Langkah Pemodelan dengan CAE Moldflow Jenis-Jenis Analisa Moldflow Plastic Insight Konfigurasi Panel Operational Perangkat Lunak MPI Pengertian Plastik dalam Desain Plastik Molding Pengertian Mold Plastik Prinsip Umum Desain Mold Metode Injection Molding Injection Unit Molding Unit Cacat Produksi Pada Proses Injeksi Plastik Metode Taguchi Karakteristik Kualitas Menurut Taguchi Orthogonal Array dan Matrik Eksperimen 39 3 Metodologi Penelitian Identifikasi Masalah Rumusan Masalah dan Penetapan Tujuan Penelitian Perencanaan Proses Eksperimen dengan Metode Taguchi Pelaksanaan Eksperimen Pengolahan Data dan Optimasi dengan Metode Moldflow dual-domain Verifikasi Data Hasil Simulasi Parameter Hasil Analisis Kesimpulan dan Saran 48 viii

9 4 Profil Data Profil Perusahaan Profil Umum ATMI Surakarta Visi dan Misi Pusat Unggulan Teknologi Plastik (PUTP) Data Produksi Work Injection Data Produk Base Plate Data Mold Base Data Mesin Injeksi Plastik Pengambilan Data Proses Eksperimen Identifikasi Karakteristik Kualitas Penentuan Faktor-faktor yang Berpengaruh Indentifikasi dan Analisis Faktor Terkendali Penentuan Level Faktor Penentuan Derajat Kebebasan dan Orthogonal array Eksperimen Taguchi 69 5 Analisis dan Pembahasan Analisis Penentuan Konsep Manufaktur Plastik Modern Analisis dan Optimasi Desain Base Plate dengan Moldflow Dual-domain Membuat Project Baru dan Mengimport Part Meshing model Base Plate dan Pemeriksaan Error Memperbaiki Aspect Ratio Mendiagnosa Ketebalan Model Pemilihan Material Plastik Pemilihan Lokasi Gate 87 ix

10 Analisis Fast Fill Analisis Molding Window Pembuatan Runner System Analisis Filling Analisis Packing / Holding Analisis Cooling dan Warpage Verifikasi Data Hasil Simulasi Parameter Hasil Analisis CAE Moldflow Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran 122 Daftar Pustaka 123 Lampiran 124 x

11 DAFTAR TABEL 1. Tabel 2.1. Perbandingan Penelitian Terdahulu dan Sekarang 9 2. Tabel 2.2. Hasil Analisa Aliran Tabel 2.3. Hasil Analisa Pendinginan Tabel 2.4. Daftar Shrinkage Material Plastik Tabel 2.5. Orthogonal Array Standar dari Taguchi Tabel 4.1. Data Cacat Produk Baru saat Trial Mold Tabel 4.2. Spesifikasi Produk Base Plate Tabel 4.3. Parameter Material ABS HG Series Tabel 4.4. Daftar Permintaan Pelanggan Tabel 4.5. Spesifikasi Material Mold Base Tabel 4.6. Dimensi untuk Desain Mold Base Tabel 4.7. Data Mesin Injeksi Plastik Tabel 4.8. Faktor Terkendali dalam Eksperimen Tabel 4.9. Parameter Faktor dan Level Faktor Tabel Waktu Pendinginan pada Material Plastik Tabel Orthogonal Array L dalam Penelitian Tabel Hasil Simulasi Moldflow Awal Tabel 5.1. Biaya Input Industri Besar Sedang menurut Subsektor Tabel 5.2. Perkembangan Impor Material Plastik Tabel 5.3. Karakteristik Industri Plastik Tabel 5.4. Manfaat Analisa CAE Moldflow bagi Perusahaan Tabel 5.5. Mesh Statistic Result Tabel 5.6. Hasil Optimasi Aspek Rasio Tabel 5.7. Diameter Runner yang Direkomendasikan sesuai Jenis Material 96 xi

12 25. Tabel 5.8. Nilai Waktu Packing/Holding ketika Simulasi Tabel 5.9. Ukuran yang Disarankan untuk Saluran Pendingin Tabel Pengukuran Dimensi Produk dan Shrinkage 118 xii

13 DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 2.1. Deskritisasi Metode Elemen Hingga Gambar 2.2. Proses Meshing Gambar 2.3. Proses Meshing Produk 3D Gambar 2.4. Tipe Elemen Gambar 2.5. Metode Meshing Gambar 2.6. Panel Utama MPI Gambar 2.7. Bagian Mesin Injection Molding Gambar 2.8. Bagian Detail Plastic Injection Machine Gambar 2.9. Standard Mold Gambar Runner System Gambar Contoh Gate Gambar Produk Short Shot Gambar Produk Flashing Gambar Produk Sink-mark Gambar Produk Flow-mark Gambar Produk Weld-line Gambar 3.1. Flowchart Metodologi Penelitian Gambar 4.1. Politeknik ATMI Surakarta Kampus 1, Karangasem Gambar 4.2. Politeknik ATMI Surakarta Kampus 2, Blulukan Gambar 4.3. Lingkup Kegiatan PUTP Gambar 4.4. Produk Base Plate Pandangan Atas dan Bawah Gambar 4.5. Dimensi Produk Base Plate Gambar 4.6. Fishbone Diagram Penyebab Cacat Produk Gambar 4.7. Pie-chart Mold Temperature Gambar 4.8. Pie-chart Melt Temperature 62 xiii

14 26. Gambar 4.9. Pie-chart Injection Pressure Gambar Pie-chart Injection Time Gambar Pie-Chart Cooling Time Gambar Desain Taguchi Gambar 5.1. Proses Produksi Dalam Industri Plastik Gambar 5.2. Jenis Software Analisis CAE dalam Industri Plastik Gambar 5.3. Hasil Analisis CAE Moldflow yang diperoleh Industri Plastik Gambar 5.4. Pembuatan Project Baru Gambar 5.5. Import Study Baru Gambar 5.6. Pemilihan Dual-Domain Gambar 5.7. Project Panel Gambar 5.8. Penyesuaian Model agar Berada pada Sumbu X-Y Gambar 5.9. Generate Mesh Tool Bar Gambar Meshing Base Plate Gambar Hasil Mesh Statistic Gambar Aspek Rasio Model Base Plate Gambar Aspect Ratio Dialog Box dan Diagnostic Result Gambar Lokasi Elemen Aspek Rasio yang Tinggi Gambar Hasil Perbaikan Aspek Rasio Gambar Aspek Rasio Optimal Gambar Hasil Awal Thickness Diagnostic Gambar Hasil Optimasi Thickness Diagnostic Gambar Pemilihan Material Gambar Detail Informasi Material yang Dipilih dalam MPI Gambar Gate Location Gambar Gating Suitability 88 xiv

15 52. Gambar Desain Lokasi Gate Gambar Penempatan Lokasi Injeksi pada Sisi Samping Gambar Pemilihan Proses Fast Fill dan Input Parameter Gambar Log Data ketika proses komputasi Gambar Fast Fill Time Gambar Study Task Panel Gambar Hasil Analisis Molding Window pada Panel Log Gambar Molding Window dari Cakupan area Waktu Injeksi Gambar Perbandingan Indikasi Tekanan Gambar Shear stress dan Shear Rate Gambar Pembuatan Garis dari Node sebagai Gate, Runner, dan Sprue Gambar Tipe Properti Runner System Gambar Runner System dari Hasil proses Mesh Generation Gambar Mesh Connectivity Diagnostic Gambar Lokasi Injeksi yang baru Gambar Parameter Proses Filling Gambar Hasil Waktu Pengisian sebelum Optimasi Gambar Optimalisasi Weld-line Gambar Frozen Layer Fraction awal Gambar Frozen Layer Fraction saat Gate Membeku Gambar Pengaturan Profil Packing dan Holding Control Gambar Perbandingan Analisa Tekanan Gambar Perbandingan Volumetric Shrinkage Gambar Grafik Representasi dari Clamp Force dan Pressure Gambar Air Traps pada Model Base Plate Gambar Cooling Circuit Wizard Dialog Box 110 xv

16 78. Gambar Desain Lintasan Pendingin Gambar Temperatur Lintasan Pendingin Gambar Temperatur Lintasan Logam Gambar Posisi Suhu Maksimal pada Model Gambar Suhu Maksimal pada Cold Runner dan Model Gambar Efisiensi Pelepasan Panas pada Lintasan Gambar Defleksi semua sisi, Sumbu X, Y, Z Gambar Mold base dan cavity base plate Gambar Mesin Injeksi Plastik Toshiba EC100SX Gambar Produk Base Plate Hasil Proses Injeksi Plastik 117 xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN 1. Lampiran 1. Laporan Hasil Analisis Moldflow Dual-domain Lampiran 2. Kuisioner untuk Stakeholder / industri Lampiran 3. Hasil Kuisioner untuk Stakeholder / Industri Lampiran 4. Daftar Sebaran Kuisioner Lampiran 5. Kuisioner untuk PUTP / Work Injection Lampiran 6. Hasil Kuisioner untuk PUTP / Work Injection Lampiran 7. Struktur organisasi ATMI Surakarta Lampiran 8. Gambar detail produk base plate Lampiran 9. Parameter injeksi pada mesin Lampiran 10. Control Values for Processing Lampiran 11. Temperature for cylinder and mold Lampiran 12. Penerimaan abstrak Seminar Nasional IDEC xvii

18 OPTIMALISASI PROSES INJEKSI PLASTIK MENGGUNAKAN MOLDFLOW DUAL-DOMAIN PADA DESAIN BASE PLATE Disusun Oleh : FX Seto Agung Riyanto INTISARI Base plate adalah salah satu bagian dari terminal elektronik untuk industri. Terminal elektronik yang aman, tidak mudah rusak dan tahan terhadap cuaca menuntut bagian base plate mempunyai karakter yang kuat, ulet, tahan air, tahan terhadap suhu ekstrem, tahan karat dan mempunyai dimensi yang stabil ketika dirakit. Base plate merupakan produk baru yang akan diproduksi oleh Work Injection ATMI Surakarta (WI) menggunakan proses injeksi plastik dengan mesin injeksi Toshiba EC100SX berkapasitas 100 ton. Proses injeksi di WI masih menerapkan konsep manufaktur plastik konvensional dengan mengandalkan trial mold untuk memenuhi tuntutan kualitas dari customer berupa minimalisasi volumetric shrinkage yang tidak boleh lebih dari 10% dan shrinkage produk antara 0,4% - 0,7%. Penelitian ini akan membahas tentang lamanya waktu setting parameter proses dan perbaikan mold atau produk yang sangat tergantung pada hasil injeksi saat proses trial di industri plastik konvesional. Hal tersebut mengakibatkan material plastik yang terbuang masih tinggi dan proses yang tidak efektif. Penelitian ini juga memberikan metode baru tentang konsep manufaktur plastik modern berbasis Computer Aided Engineering (CAE). Metode yang digunakan adalah taguchi dan Moldflow dual-domain. Metode taguchi digunakan untuk mendapatkan paramater proses mesin injeksi yang optimal dengan orthogonal array dan optimalisasi parameter proses dilakukan dengan moldflow dual-domain untuk memperoleh prediksi shrinkage yang diinginkan serta data setting mesin yang optimal. Teknologi CAE yang digunakan adalah Autodesk Moldflow plastic insight 2015 untuk analisis proses injeksi plastiknya. Hasil optimalisasi menunjukkan bahwa volumetric shrinkage maksimal pada base plate adalah 7,612% dan shrinkage produk rata-rata sebesar 0,4871%. Parameter proses yang optimal adalah pada mold temperature 70 C, melt temperature 235 C, injection pressure 100 MPa, injection time 1,0080 s, dan cooling time 9,7815 s. Total cycle time yang diperoleh adalah 1,9895 s dengan pressure at V/P switch-over 41,67 MPa. Produk base plate diharapkan memiliki total volume 46,2861 cm 3 dan total beratnya 44,0036 g dengan kualitas yang sesuai permintaan customer. Kata kunci : injeksi plastik, moldflow, optimalisasi, shrinkage xviii