Modul 1. Pemilihan Bahan & Proses

Transkripsi

1 Modul 1 Pemilihan Bahan & Proses Disarikan dari buku : Ashby, M.F. : Material Selection in Mechanical Design, Pergamon Press, Oleh: R. Ariosuko Dh Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana 1 / 8

2 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Intro & sinopsis 1.2.Material dalam disain 1.3.Evolusi Rekayasa Material 1.4.Rangkuman & Kesimpulan 1.5.Bacaan lebih lanjut 1.6.Evaluasi 1.1 Pengenalan dan Sinopsis Kata DISAIN memiliki makna banyak hal untuk semua orang. Setiap hal yang dihasilkan, mulai dari yg paling seperti lirik wanita, topi, sampai kotak transmisi yg paling berminyak, memenuhi persyaratan dalam beberapa pengertian atau lainnya, sebagai disain. Disain dapat berarti lebih dari itu. Sifat ke beberapa adalah ramalan disain; bagi orang lain itu adalah disain dg pemilihan alami. Pembaca akan setuju bahwa diperlukan untuk membatasi bidang itu, paling tidak sedikit. Buku ini adalah tentang disain mekanis, dan peran material di dalamnya. Komponen mekanis mempunyai massa; mereka menumpu beban; mereka menghantarkan panas; mereka dihadapkan thd keausan dan thd lingkungan yang korosif; mereka dibuat dari satu atau lebih material; mereka mempunyai bentuk; dan mereka harus dibuat. Material sudah memiliki batasan disain sejak orang pertama kali membuat pakaian, membangun tempat perlindungan dan terlibat peperangan. Mereka tetap melakukan hal itu. Tetapi pengembangan material sekarang lebih cepat dibandingkan dg waktu manapun sebelumnya di dalam sejarah; tantangan dan peluang yang mereka hadirkan lebih besar dari sebelumnya. Buku ini adalah tentang ekploitasi material & pemanfaatannya di dalam disain mekanis. 1.2 Material dalam disain Disain adalah proses menterjemahkan suatu gagasan atau suatu kebutuhan pasar 2 / 8

3 ke dalam informasi yang terperinci yaitu suatu produk dapat dibuat. Masing-masing tentang langkah-langkahnya memerlukan keputusan tentang dari material apa produk dibuat. Seringkali pilihan material didikte oleh disain itu. Tetapi kadangkadang adalah putaran cara yang lain : produksi baru, atau evolusi dari yang telah ada, telah diusulkan atau dibuat mungkin dg material yang baru. Banyaknya material yg tersedia untuk insinyur adalah luas: ada di antara 40,000 hingga 80,000 yg ada di penjualan. Dan walaupun standarisasi bekerja keras untuk mengurangi jumlah itu, pemunculan material baru terus berlanjut. Material baru yg aneh, lebih bisa diexploitasi, sifat-sifat lebih baik, akan memperluas pilihan. Kemudian, bagaimana insinyur memilih, dari menu yang luas ini, material terbaik untuk tujuannya? Dapatkah suatu prosedur dirumuskan untuk membuat suatu pilihan yang masuk akal? Pertanyaan itu harus dijawab pada sejumlah tingkatan, sesuai dengan langkah disain telah dicapai. Pd awalnya disain adalah cair dan memiliki opsi atau pilihan luas; semua material harus dipertimbangkan. Ketika disain menjadi lebih fokus dan memiliki bentuk, ukuran-ukuran pemilihan menajam dan daftar pendek material yg dapat memuaskan mereka menyempit. Kemudian, data yang lebih akurat diperlukan (meskipun untuk jumlah material yg lebih sedikit) dan suatu jalan yang berbeda utk analisa pilihan harus digunakan. Di langkahlangkah akhir disain, data yang tepat diperlukan, tetapi tetap utk material yg lebih sedikit, bahkan barangkali hanya untuk satu bahan. Prosedur itu harus mengingat kekayaan awal pilihan, namun juga menyediakan suatu metoda utk membatasi itu menjadi suatu subset yang kecil dimana kalkulasi disain dapat didasarkan. Pilihan material tidak bisa dibuat bebas dari pilihan proses dengan mana material akan dibentuk, disambung, pengerjaan akhir (finishing), dan perlakuan lainnya. Jadi pemprosesan adalah juga suatu aspek penting dlm disain. Harga hrs dimasukkan di kedua hal itu, yaitu pd pilihan material dan pd cara material itu dimanipulasi. Dan harus diingat, disain mekanik yg baik sendiri tdklah cukup untuk menjual suatu produk. Di hampir semuanya dari peralatan rumah, mulai dari yang kecil sampai mobil atau pesawat terbang; bentuk, tekstur, rasa, warna, dekorasi produk - kepuasan yg diberikan kpd orang yang membeli atau menggunakannya, 3 / 8

4 adalah penting. Aspek estetika (ilmu keindahan) ini (yg dikenal sebagai disain industri ) tidak diajarkan di kebanyakan kursus rancang-bangun, tetapi jika hal itu dilalaikan, dapat menghilangkan pasarnya. Kerja disain yang baik; disain yang sempurna juga memberi kesenangan. Permasalahan disain hampir selalu berujung terbuka. Mereka tidak mempunyai suatu solusi unik atau benar, meskipun beberapa solusi akan dg jelas lebih baik dibanding yg lain. Mereka berbeda dari permasalahan analitis yang digunakan di pengajaran mekanika, atau struktur, atau thermodinamika, atau bahkan material, yang secara umum mempunyai jawaban benar tunggal. Jadi, alat pertama yg dibutuhkan seorang perancang adalah suatu pikiran terbuka: kesediaan untuk mempertimbangkan semua kemungkinan. Tetapi suatu jaring yg dilempar secara luas akan menyeret masuk banyak ikan. Suatu prosedur diperlukan utk pemilihan yg terbaik di antara mereka. Buku ini berurusan dg aspek material thd proses disain. Buku ini mengembangkan suatu metodologi yang, baik diterapkan, memberi bimbingan melalui samudra luas yang membingungkan dari aneka pilihan kompleks yg dihadapi perancang. Gagasan diagram seleksi material diperkenalkan; yg membuat survei awal dari suatu kandidat potensial material menjadi sederhana; & (diagram-diagram itu) membuat prosedur seleksi logis untuk diterapkan. Interaksi antara material dan bentuk dibahas secara detil, dan database dan sumber lain data yang sesuai dg langkah disain selanjutnya ditinjau. Ada suatu aturan perlakuan pemrosesan: diagram seleksi pemrosesan dikembangkan yang mengarahkan pemakai ke proses pabrikasi yang mampu merealisir disain itu. Peran penting ilmu keindahan (estetika) pada rancang-bangun disain juga dibahas. Dorongan penyebab perubahan di dunia material disurvei. Lampiran tambahan berisi informasi yang bermanfaat: suatu kompilasi atau kumpulan analisa mekanik dan thermal, sangat menolong dalam pemodelan; serta beberapa tabel & diagram katalog. Metodologi itu mempunyai aplikasi lebih lanjut, yaitu menyarankan suatu strategi untuk pengembangan material, terutama sekali material komposit (gabungan) yg 4 / 8

5 tersusun seperti panel sandwich. Metodologi itu menunjuk pd suatu skema atau rencana untuk mengidentifikasi aplikasi material baru yg paling menjanjikan. Dan hal itu mendorongnya sendiri utk siap mengimplementasikan komputer, menawarkan potensi untuk antar-muka dengan disain berbantuan komputer (computer-aided design), fungsi pemodelan, optimisasi rutin-rutin dan sebagainya. Semua ini akan ditemukan di bab selanjutnya, dengan studi kasus suatu aplikasi. Tetapi, pertama, kita mulai dg suatu sejarah kecil. 1.3 Evolusi Rancang bangun material Sepanjang seluruh sejarah, material telah membatasi disain. Berbagai zaman di mana manusia hidup dinamai dg nama material yang mereka gunakan: batu, perunggu, besi. Dan ketika manusia meninggal, material harta bendanya dikuburkan bersamanya: Tutankamun dg pecahan tempayan kaca berwarna-warni di dalam peti mayatnya yg terbuat dari batu, Agamemnon dengan pedang perunggu dan topeng emasnya, masing-masing mewakili teknologi tinggi pada zamannya. Jika mereka hidup dan meninggal hari ini, apa yang mungkin akan mereka bawa bersamanya? Milik-milik mereka seperti arloji titanium, raket tenis dari bahan serat karbon yang diperkuat, sepeda gunung dari bahan matriks komposit logam, helm pengaman dari bahan polyether ethylketone. Ini bukan zaman satu material; tapi adalah zaman dari suatu cakupan yang tak terukur tentang material. Belum pernah ada suatu zaman di mana evolusi material sedemikian cepat dan sifat-sifatnya (properti) lebih bervariasi. Menu material yg tersedia untuk insinyur telah berkembang sedemikian cepat dibanding para perancang yang telah lulus perguruan tinggi tigapuluh tahun yang lalu, yg dapat dimaafkan bila tdk mengetahui bahwa separuh dari mereka (material itu) telah ada. Tetapi, tdk mengetahui material baru, untuk seorang perancang, adalah berarti beresiko bencana. Disain yang inovatif sering berarti eksploitasi imajinatif dari properti yg ditawarkan oleh material baru atau material yg ditingkatkan. Dan untuk orang kebanyakan; rakyat biasa, juga murid sekolah, ketdk tahuan adalah kehilangan 5 / 8

6 salah satu kemajuan zaman kita: yaitu zaman material tingkat lanjut. Evolusi ini dan langkah meningkatnya digambarkan di gb.1.1. Material dari zaman prasejarah (> SM, zaman Batu) yaitu keramik dan kaca, polimer alami dan komposit. Senjata - selalu yg merupakan indikator puncak kemajuan teknologi - telah dibuat dari kayu dan batu api; bangunan dan jembatan dari batu dan kayu. Material alami yg tersedia di masa itu adalah emas dan perak ada tersedia di tempat itu, tetapi hanya memainkan suatu peran (pelajaran) pelengkap dalam teknologi. Penemuan tembaga dan perunggu dan kemudian besi (zaman Perunggu, 4000 SM sampai 1000 SM, dan Zaman Besi, 1000 SM hingga AD 1620) menstimulus / merangsang kemajuan yang maha besar, menggantikan senjata dan perkakas kayu & batu. Teknologi besi cor ( ) menetapkan dominasi logam pd rancang-bangun; dan evolusi baja, paduan ringan dan paduan khusus, sejak itu 6 / 8

7 memperkuat posisi mereka. Pd th 1960, "rekayasa/rancang bangun material" yg dimaksud "logam". Insinyur telah diberi kursus di bidang metalurgi; material lain hampir tidak disebut. Mereka tentu saja telah mengembangkan di kelas material yg lain. Semen Portland, refraktori, melebur silika, keramik, dan karet, bakelit, dan polyethylene di antara jenis polymers, tetapi sumbangsih mereka hanyalah kecil dibanding total pasar material. Sejak 1960 semua itu telah berubah. Tingkat perkembangan paduan logam baru kini lambat; permintaan baja dan besi cor telah benar-benar jatuh. Polymer dan industri komposit, pada sisi lain, sedang bertumbuh dg cepat, dan proyeksi pertumbuhan produksi keramik performa tinggi baru tampak mengalami perluasan cepat juga di sini. Tingkat perubahan cepat ini menawarkan peluang yang mana perancang tidak bisa berusaha untuk mengabaikan. 1.4 Ringkasan dan kesimpulan Jumlah material utk rancang-bangun sangatlah banyak : diperkiraan terbentang antara hingga Perancang harus memilih dari menu material yg luas ini yang terbaik, cocok untuk tugasnya (tugas material tsb yg digunakan sbg bahan suatu komponen). Hal ini, tanpa semacam bimbingan atau pedoman, bisa merupakan suatu bisnis yang membosankan dan sulit, sehingga godaan untuk memilih material yang tradisional untuk suatu aplikasi adalah yg kuat, contoh ; bahan kaca untuk botol; baja untuk panci/kaleng. Pilihan itu mungkin aman secara konservatif, tetapi menolak kesempatan untuk berinovasi. Rancang bangun material sedang berkembang lebih cepat, dan pilihan akan lebih luas dari yang pernah ada sebelumnya. Contoh produk di mana suatu pilihan cerita tentang material telah mengendalikan suatu pasar umum adalah seperti, botol plastik atau kaleng aluminium. Adalah penting pd awal langkah disain, atau langkah mendisain ulang, menguji keseluruhan menu material, tidak menolak pilihan hanya krn mereka adalah tidak familiar. Suatu prosedur untuk melakukan ini dikembangkan di bab berikutnya. 1.5 Bacaan lebih lanjut 7 / 8

8 Para ahli akan menceritakan kepada kita bahwa dalam edisi Encyclopedia Britannica yang ke-11 dicapai suatu puncak keunggulan yg tidak atau belum bisa disamai. Pada berbagai sejarah teknis dan umum, itu adalah titik awal yg logis. Buku yg lebih spesial tetang logam, keramik, kaca dan plastik dapat ditemukan di banyak perpustakaan. Encyclopedia Britannica, 11th edition (1910) The Encyclopedia Britannica Company, New York, USA. Tylecoate, R. F. (1976) A History of Metallurgy. The Metals Society, London, UK. 1.6 Evaluasi Bagaimana hubungan antara material & disain? Apa yg dimaksud dg estetika? Apa yg bisa anda jelaskan dari gb. 1.1? Apa yg dimaksud dg akhir suatu disain adalah berujung terbuka? 8 / 8