Analisis DFMA pada Produk Plastik Kasus Projector Stefano Kristoforus S., Agung Wibowo*, Tri Prakosa

Transkripsi

1 Analisis DFMA pada Produk Plastik Kasus Projector Stefano Kristoforus S., Agung Wibowo*, Tri Prakosa Institut Teknologi Bandung Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Jalan Ganesha no 10, Bandung, Jawa Barat, Indonesia Abstrak Seiring berkembangnya teknologi, plastik mulai digunakan sebagai material utama dalam berbagai produk. Plastik sering digunakan akibat keberagaman properties, sehingga bisa disesuaikan untuk penggunaan tertentu. Dalam dunia elektronik, plastik unggul karena sifatnya sebagai insulator dan tahan karat, dalam dunia penerbangan, plastik unggul karena densitasnya yang rendah, dan masih banyak lagi. Plastik juga memiliki banyak fitur yang bisa dimanfaatkan seperti press fitting, living hinges, dan snap fitting. Walaupun demikian, desainer seringkali lebih memilih menggunakan mechanicalfastener sebagai metode pengencangan. Dengan adanya toolanalysis dari concurrentengineering yaitu Design for Manufacture and Assembly (DFMA), kita bisa melakukan proses desain dengan memperhatikan aspek-aspek produksi dan assembly sehingga didapatkan produk yang memiliki waktu dan biaya produksi serta assembly yang paling rendah. Tidak terbatas pada saat proses desain, DFMA juga bisa diaplikasikan pada produk jadi. Dengan melakukan perubahan desain dari produk agar sesuai dengan prinsip DFMA, maka efisiensi assembly dan produksi bisa ditingkatkan. Proyektor, sebagai kasus dalam penelitian ini merupakan salah satu peralatan elektronik yang menggunakan plastik sebagai material utama, akan tetapi mekanisme pengencangan masih dilakukan menggunakan screw. Dengan metode DFMA Boothroyd & Dewhurst, maka didapatkan bila desain mengimplementasikan snap fit, didapatkan peningkatan waktu assembly sebesar 16.6 detik dan peningkatan efisiensi assembly sebesar 17.9%. Dari sisi manufaktur, perubahan ini mengakibatkan peningkatan waktu pembuatan mold sebesar 144 jam tanpa mengubah waktu pembuatan produk. Peningkatan waktu manufaktur mold tidak berarti kerugian karena parameter ini termasuk ke dalam fixed cost, yang nilainya dibagi dalam jumlah produk yang diproduksi. Dengan nilai fixed cost yang berbanding terbalik dengan jumlah produk yang dihasilkan dan penurunan waktu assembly, maka bisa didapatkan jumlah produk optimum. Pada jumlah produk optimum ini, kerugian akibat peningkatan biaya manufaktur mold mulai menjadi keuntungan akibat penurunan waktu assembly. Kata kunci :DFMA, Boothroyd & Dewhurst, Plastics, Snapfit 1. Pendahuluan Kepopuleran plastik mulai meningkat ketika penggunaannya pada perang dunia ke- II. Plastik digunakan sebagai pengganti logam dalam material peluru untuk menghemat biaya dalam pelatihan prajurit perang. Dari sini produksi plastik mulai meningkat dari 1,7 metric ton pada tahun 1950, hingga 88 ton pada 01 silam. Perubahan material dari logam ke plastik membuka peluang baru dalam metode pengencangan komponen plastik. Fitur-fitur pengencangan seperti snap fitting mulai banyak digunakan pada banyak produk elektronik berukuran kecil seperti smartphone

2 karena dibutuhkan kemudahan assembly dan disassembly, akan tetapi pada produk berukuran relatif besar seperti tv, projector, dan lainnya, fitur ini sering kali dilupakan dan digunakan mechanical fastener seperti screwdan bolt. Dari sini, dibutuhkan suatu tool analisis untuk mengetahui apakah penggunaan snap fit dalam produk plastik memberikan keuntungan dalam proses produksinya, yaitu dalam prosess manufaktur dan proses assembly. Design for Manufacure and Assembly (DFMA) metode Boothroyd & Dewhurst merupakan salah satu tool analisis dalam concurrentengineering. Dalam analisis assembly, metode pengencangann seperti snap fitmemiliki waktu assembly yang lebih singkat dari metode pengencangan mekanik. Sebagai akibat dari penggunaan snap fit tersebut, akan ada peningkatan biaya manufaktur. Karena hal-hal diatas, perlu dilakukan analisis untuk mendapatkan desain snap fit yang sesuai, dan mendapat hasil analisis DFMA pada salah satu produk berbahan dasar plastik. Produk yang dipilih adalah projector.. Desain Awal Obyek analisis adalah projector. Tidak semua komponen projector dianalisis, melainkan ada tiga komponen utama yaitu baseprojector yang selanjutnya disebut base, DC-DC converter yang selanjutnya disebut electronicsub-assembly 1, dan powersupply yang selanjutnya disebut electronicsubassembly seperti pada gambar Snap fit Snap fit merupakan sistem penyambungan yang dilakukan dengann menggunakan fitur locating dan locking yang memiliki material sama dengan komponen induk yang disambungkan [4]. Dari pengertian diatas, maka didapatkan bahwa snap fit terdiri dari lock yang berguna untuk menahan gaya pada arah pelepasan komponen dan locator yang berguna untuk menahan arah gaya selain arah pelepasan komponen dan sebagai pemandu komponen agar dengan mudah bisa terpasang kedalam komponen utama. 4. Proses Desain Snap Fit 4.1 Analisis Degree of Motion (DOM) Sebelum mendapatkan desain snap fit, maka perlu dipastikan bahwa lock yang didesain hanya akan menahan arah pelepasan. Untuk memastikan hal ini, perlu diketahui degree of motion (DOM) yang masih bebas ketika screw untuk mengunci ES1 dan ES dilepas. Gambar dan gambar 3 menunjukkan fitur locator pada base yang membatasi gerakan ES1. Pada tabel 1 didapatkan bahwa DOM yang tersisa adalah -x dan +y. Gambar Locators pada base. (1) dan () berupa slot, (4) dan (5) berupa lug Gambar 1 (1) Base, () ES, dan (3) ES1

3 untuk membatasi ES pin. setelah penambahan Gambar 3 Locator pada base. (3) berupacatch Dengan penambahann pin pada pilar, maka DOM yang tersisa adalah arah +y yang merupakan arah pelepasan. Arah ini merupakan arah yang mampu ditahan oleh lock, karena sifat lock yang harus mudah terdefleksi saat assembly dan disassembly membuatnya hanya bisa menahan arah pelepasan. Tabel 1 Degree of motion yang tertahan oleh locator(base-es1) Gambar 4 menunjukkan fiturlocator pada base yang membatasi gerakan ES. Pada tabel didapatkan bahwa DOM yang tersisa adalah +x, -x dan +y. Gambar 5 Locators pada base. (1) berupapin, () dan (3) berupa slot, (4) dan (5) berupa lug Gambar 4 Locators pada base. (1) dan () berupa slot, (3) berupa hole Gambar 6 Locator padaa base. (6) berupacatch Tabel Degree of motion yang tertahan oleh locator (Base-ES) DOM yang tersisa dari ES1 dan ES dapat dengan mudah dihilangkan dengan menambahkan pin pada fitur pilar dari base. Pin merupakan locator yang mampu mengurangi hingga 4 DOM, dalam kasus ini adalah +x, -x, +y, dan -y. Gambar 5 dan gambar 6 menunjukkan locator pada base untuk membatasi ES1 setelah penambahan pin.gambar 7 menunjukkan locatorpada base Gambar 7 Locators pada base. (1) dan () berupa slot, (3) berupa hole, (4) berupa pin

4 4. Analisis Gaya Selanjutnya dilakukan analisis gaya pada pilar untuk mendapatkan gaya yang harus ditahan oleh lock karena gaya yang ditahan oleh lock, sebelumnya ditahan oleh pilar. Analisis gaya dilakukan dengan bantuan ANSYS Workbench. Nilai gaya didapatkan dengan memodelkan pilar dan memberi nilai gaya hingga pilar melewati kekuatan luluhnya. Dari hasil analisis didapatkangaya yang harus ditahan oleh lock untuk mengunci ES1 adalah sebesar 74 N, sedangkan gayaa yang harus ditahan oleh lock untuk mengunci ES yaitu 71 N. 4.3 Tipe dan Dimensi Snap Fit Setelah menentukan beban yang harus ditahan oleh lock, maka dilakukan pemilihan tipe lock yang sesuai untuk mengunci ES1 dan ES. Parameter pemilihan lock adalah L (tinggi lock teoretik), L1 (tebal base), L (tebal komponen yang dikunci), dan L3 (tinggi atau ruang yang tersisa diatas L). Dengan membandingkan keempat parameter ini maka bisa didapatkan jenis lock terbaik. Dalam kasus ini, ES1 dan ES keduanya menggunakan lock tipe L-beam untuk penguncian terbaik [4]. Lock dengan tipe L-beam memiliki bentuk seperti gambar 10. Fitur-fitur dari lock ini adalah (a) insertion face angle, (b) retention face angle, (c) tinggi lock, (d)&(f) tebal lock, dan (g) lebar lock. ES1 ES Insertion face angle [ᵒ] Retention face angle [ᵒ] Undercut [mm] Tinggi [mm] Tebal [mm] 3 3 Lebar [mm] 8 10 Tabel 3 Nilai parameter lock Gambar 11 merupakan desain lock untuk mengunci ES1 dan gambar 1 merupakan desain lock untuk mengunci ES. Gambar 13 menunjukkan lock saat mengunci ES1 dan ES. Gambar 11 Desain lock sebagai pengunci ES1 Gambar 1 Desain lock sebagai pengunci ES Gambar 10 Lock tipe L-beam Nilai-nilai parameter lockdi atas didapatkan dengan mengambil nilai dari referensi 4. Nilai-nilai parameter ditabulasikan dalam tabel 3. Gambar 13 Lock mengunci ES 1 dan ES

5 5. Analisis DFA Dengan memanfaatkan metode Boothroyd & Dewhurst sebagai alat analisis DFA, maka didapatkan waktu assemblysebelum implementasi snap fit pada tabel 4 dan sesudah implementasi snap fit pada tabel 5. Didapatkan penurunan waktu assemblyyang signifikan sebesar 16.6 detik. DFA index pada analisis DFA menunjukkan nilai keefisiensian assembly, yang nilainya dipengaruhi oleh jumlah komponen esensial. Base, ES1, dan ES merupakan komponen esensial. Dari sini bisa didapatkan nilai DFA index dengan mengalikan jumlah komponen esensial dengan konstanta 3 (metode Boothroyd & Dewhurst mengasumsikan setiap komponen esensial hanya membutuhkan waktu masingmasing tiga detik untuk assembly) dan membagi hasilnya dengan waktu assembly sebenarnya. Didapatkan peningkatan DFA index setelah menggunakan snap fit hinga 176%. No Item Σ HC HT IC IT TT 1 Base Electronic dan mengencangkan baut (K4) Electronic 1 dan mengencangkan baut (K3) Total DFA INDEX [%] 3.5 Tabel 4Totalassemblytime untuk desain awal No Item Σ HC HT IC IT TT 1 Base Electronic Electronic Total 1.75 DFA INDEX [%] 41.4 Tabel 5Totalassemblytime untuk desain setelah 6. Analisis DFM implementasi snap fit. Analisis DFM metode Boothroyd & Dewhurst untuk produk plastik memfokuskan analisis pada pemilihan mesin injection molding, cycle time dari proses injection molding, biaya dasar mold dan biaya pembentukan cavity pada mold. Pemilihan mesin injection molding didasarkan pada gaya pemisahan yang diberikan oleh plastik leleh yang masuk ke dalam cavity dari mold. Nilai gaya pemisahan ini merupakan fungsi dari luas proyeksi komponen, luas proyeksi runner, dan tekanan injeksi yang disarankan. Pada kasus ini, penambahan snap fit pada komponen hanya mengubah luas proyeksi komponen secara tidak signifikan, sehingga tidak mengubah separatingforce yang dibutuhkan, sehingga pemilihan mesin injection molding tetap. Perhitungan cycle time dilakukan dengan menjumlahkan waktu injeksi, waktu pendinginan komponen, dan waktu untuk mengeluarkan part dari mold dan mengembalikan mold ke posisi tertutup. Implementasi snap fit pada desain hanya mengubah volume plastik yang dimasukkan ke dalam molding chamber yang nilainya akan mempengaruhi waktu injeksi sedangkan implementasi snap fit tidak mempengaruhi waktu pendinginan, dan waktu untuk mengeluarkan part dan mengembalikan mold ke posisi tertutup. Walaupun demikian, peningkatan volume plastik tidak cukup besar untuk mengubah nilai waktu injeksi. Oleh karena itu, cycle time dari proses injection molding tidak mengalami perubahan dengan implementasi snap fit. Perhitungan biaya dasar mold didasarkan pada volume bahan dasar dari mold, atau bisa dikatakan harga dari blok logam, yang mana cavity dan fitur lainnya akan di machining hingga membentuk mold. Karena implementasi snap fit tidak memberikan

6 perubahan besar pada bentuk mold, maka biaya dasar mold tidak berubah. Perhitungan biaya pembentukan cavity didasarkan pada berbagai macam hal seperti luas proyeksi daripart, kompleksitas geometri, kebutuhan mekanisme side-pulls, kebutuhan internal lifter, kebutuhan alat unscrewing, penampakan, level toleransi, tekstur, dan bidang pisah dari mold. Penggunaan snap fit pada desain baseakan meningkatkan kompleksitas geometri dan meningkatkan kebutuhan mekanisme side-pulls. Sidepullsakan meningkat sebanyak dua buah akibat dua buah lock yang digunakan untuk mengunci ES1 dan ES. Peningkatan kompleksitas geometrid dan kebutuhan sidepullsakan meningkatkan waktu machining sebesar 144 jam. Hasil analisis DFMA ditabulasikan kedalam tabel 6. DFA AssemblyTim e Sebelum Implementasi SnapFit Sesudah Implementasi SnapFit DFA Index DFM Mesin 5000 kn ClampingForc e 5000kN ClampingForc e CycleTime Biaya Dasar Mold [$] Waktu Pembentukan Cavity [Jam] Tabel 6 Nilai DFA dan DFM sebelum dan sesudah implementasi snap fit 7. Kesimpulan Dari hasil analisis DFMA, maka didapatkan bahwa dari sisi assembly pada kasus projector, terjadi penurunan waktu assembly sebesar 16.6 detik dan peningkatan DFA index sebesar 176%. Dari sisi manufaktur, penggunaan snap fit tidak mengubah kebutuhan mesin injection molding, cycle time, dan biaya dasar mold, tetapi meningkatkan waktu machining untuk pembentukan cavity pada mold sebesar 144 jam. 8. Daftar Pustaka [1] G. Boothroyd, P. Dewhurst dan W. Knight, Product Design for Manufacturing and Assembly, Marcel Dekker, New York, [] Dominick V. Rosato, Donald V. Rosato dan Marlene G., Injection molding Handbook 3rd Edition, Kluwer Academic Publishers Group, Boston, 000. [3] G. Boothroyd, Assembly Automation and Product Design nd edition, Taylor & Francis Group, New York, 005. [4] Paul R. Bonenberger, The First Snap-Fit Handbook nd Edition, Hanser Pulishers, Munich, 005. [5] B. Raucent, Ch. Nederlandt dan D. A. Johnson, Plastic Snapfit Fastener Design, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 14(1): [6] A. Tres, Paul, Designing Plastic Parts for Assembly, Hanser Publishers, Munich, 003. [7] D. Q. Campbell, Paul, Plastic Component Design, Industrial Press Inc., New York, [8] Serope Kalpakjian, Stephen Schmid, Manufacturing, Engineering, and Technology 6th Edition, Pearson, Illinois, 009. [9] Rochim, Taufiq, Spesifikasi, Metrologi, & Kontrol Kualitas Geometrik, Penerbit ITB, Bandung, 001.