TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN MOLD UNTUK PROSES THERMOFORMING PROSTHETIC BELOW KNEE (B/K)
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
MOLD UNTUK PROSES RANCANG BANGUN MOLD UNTUK THERMOFORMING PROSTHETIC BELOW KNEE (B/K)
yang dibuat untuk memenuhi syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta
atau
instansi
manapun,
kecuali
bagian
yang
sumber
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas
Akhir
berjudul
Thermoforming
”Rancang ”Rancang
Prosthetic
Bangun
Below
Knee
Mold Untuk (B/K) ”, ”,
telah
Proses disetujui
Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Dipersiapkan oleh : Nama
: ARIS ARYANTO
NIM
: D 200 040 042
Disetujui pada Hari
:
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas
Akhir
berjudul
”
Rancang
Bangun
Mold Untuk
Proses
Thermoforming Prosthetic Below Knee (B/K ) ”, ”, telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh : Nama
: ARIS ARYANTO
NIM
: D 200 040 042
Disetujui pada Hari
:
RINGKASAN
Industri semakin berkembang, kebutuhan terhadap plastik pun semakin bertambah. Akan tetapi, dalam aplikasi proses pembentukan plastik sering mengalami kendala. Salah satunya adalah penyusutan. Penyusutan sering terjadi pada proses pembentukan plastik, terutama pembentukan dengan sistem mechanical thermoforming. Sehingga perludianalisa hal-hal yang menyebabkan penyusutan pada produk yang dihasilkan. Beberapa hal yang diidentifikasi mempengaruhi terjadinya penyusutan adalah bentuk mold, temperatur dan jenis plastik yang digunakan. Metode penelitian yang digunakan adalah membuat alat uji mechanical thermoforming dan membuat mold yang akan digunakan untuk menganalisa penyusutan. Mold yang digunakan ada 2 macam, yaitu mold telapak kaki atas dan mold telapak kaki bawah. Selain variasi pada mold, analisa juga ditujukan pada temperatur plastik polypropylene (PP) dan plastik PVC yang akan diproses. Variasi temperatur yaitu: 100 0 C, 120 0 C dan 140 o C. Sedangkan jenis plastik yang diujikan adalah plastik polypropylene (PP) dan plastik PVC. Dari data hasil pengujian dan pembahasan pada proses mechanical thermoforming untuk plastik polypropylene (PP) dengan ketebalan 1,0 mm tidak dapat dianalisa prosentase penyusutan yang terjadi karena sifat
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb. Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan Rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul ”Rancang Bangun Mold Untuk Proses Thermoforming Prosthetic Below Knee (B/K)”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
6. Teman-teman CV Losote yang telah membantu dalam pengerjaan alat untuk tugas akhir baik suka maupun duka, kita baru mulai sobat selamat berjuang. 7. Rekan-rekan Teknik Mesin Mesin satu angkatan dan semua pihak pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.
DAFTAR ISI
Halaman Halaman Judul.......... Judul ..................... ...................... ...................... ...................... ...................... ....................... ...................... .......... i Halaman Keaslian Skripsi .................................. ..................... .......................... .......................... ...................... ......... ii Halaman Persetujuan .......................... ............. .......................... ........................... ........................... ...................... ......... iii Halaman Pengesahan ........................ ............ ......................... .......................... .......................... ........................ ........... iv Lembar Soal Tugas Akhir ........................ ........... .......................... .......................... .......................... ................... ...... v Ringkasa Ringkasan n ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... .............. ... vi Kata Pengantar Pengantar ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ...................... .................. ....... vii Daftarr Isi ..................... Dafta ................................. ....................... ...................... ...................... ...................... ...................... .................. ....... ix Daftar Gambar Gambar ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... .................... ......... xi Daftarr Tabel Dafta Tabel ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ...................... ........... xiv BAB I.
PENDAHULUAN............ PENDAHULUAN ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ............. 1
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN.......... PEMBAHASAN..................... ....................... ....................... ...................59 ........59 4.1. Data-Data Data-Data Mold ..................... ................................. ....................... ...................... .....................59 ..........59 4.2. Pengujian Pengujian Mold ..................... ................................. ....................... ...................... .....................60 ..........60 4.3. Analisa Data dan Pembahasan.........................................64
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN SARAN.......... ..................... ....................... ....................... ...................73 ........73 5.1. Kesimpulan ......................................................................73 5.2. Saran ................................................................................74
DAFTAR PUSTAKA ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... .......................75 ...........75 LAMPIRAN.......... LAMPIRAN ...................... ....................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ...............76 ....76
DAFTAR GAMBAR
Prothese ....................... Gambar 2.1. Below Knee Prothese ........... ....................... ....................... ..................... ......... 8 Gambar 2.2. SACH foot ...................... ................................. ....................... ....................... ...................... ................. ...... 9 Gambar 2.3
Macam Copolymers, (a) random copolymers, (b) alternating copolymers, (c) block copolymers, (d) graft copolymers ......................................................... .........................................................10 10
Gambar 2.4. Hubungan waktu dengan kekuatan plastik ....................... ............... ........ 12 elastomer ...........................13 Gambar 2.5. Model pemanjangan molekul elastomer ...........................13 Gambar 2.6. Pengaruh suhu terhadap terhadap sifat mekanis polimer polimer ................13 ................13 Thermoforming ..................... Gambar 2.7. Proses Vacuum Thermoforming .......... ...................... ..................20 .......20 Thermoforming......................................20 Gambar 2.8. Proses Pressure Thermoforming......................................20 thermoforming ...................................21 Gambar 2.9. Proses Mechanical thermoforming ...................................21 Mold positif Gambar 2.10. Mold posi tif........... ...................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...............22 ....22
Gambar 2.24. Hubungan Viskositas dan Tegangan geser terhadap suhu pada berbagai jenis termoplastik ..................... ........................... ...... 35 Gambar 2.25. Proses Pemindahan Panas Secara Radiasi & konveksi ...37 ... 37 Gambar Gambar 3.1. Diagram Diagram Alir Penelitian Penelitian ...................... ................................. ....................... ....................42 ........42 thermoforming ............................45 Gambar 3.2. Sket alat uji mechanical thermoforming ............................45 Gambar 3.3. Mesin Las Listrik .......................... ............. .......................... .......................... ........................ ........... 46 Gambar Gambar 3.4. Mesin Gerinda Gerinda Tangan Tangan ..................... ................................ ...................... .....................46 ..........46 Gambar 3.5. Mesin Bor...................... Bor......... .......................... ......................... ......................... .......................... ............... 47 Tool ....................... Gambar 3.6. Satu Set Tool ........... ....................... ...................... ...................... .......................48 ............48 Gambar 3.7. Besi Siku............. Siku ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ........... 48 Gambar Gambar 3.8. Seng ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ..............49 ...49 Gambar Gambar 3.9. Mur Baut ..................... ................................. ....................... ...................... ....................... ....................49 ........49 Mold Positif dan 2 Mold Negat Mold Negatif Gambar 3.10. 2 Mold Positif if ...................... ................................. ...............50 ....50 Heater ....................... Gambar 3.11. Pemanas atau Heater ........... ....................... ...................... .....................51 ..........51 Gambar 3.12.Thermokontrol 3.12. Thermokontrol Manu Manual al ...................... ................................. ...................... .....................51 ..........51
Gambar 4.4. PP diproses dengan mold telapak kaki atas dan mold telapak kaki bawah temperatur 120ºC .......................... ............ .................. ....61 61 Gambar 4.5. PP diproses dengan mold telapak kaki atas dan mold telapak kaki bawah temperatur 140ºC ........................... ............. ................. ...61 61 Gambar 4.6. Contoh penyusutan pada plastik PVC .......................... ............. ................. ....62 62 Gambar 4.7. Plastik PVC yang terjadi sobekan sobekan (produk gagal)............. gagal) ............. 62 Gambar 4.8. Hasil Produk Gagal .......................... ............ ........................... .......................... .................... ....... 63 Gambar 4.9. Hasil Produk Yang Berhasil ......................... ............ .......................... ..................... ........ 64 Gambar 4.10. Grafik
hubungan
temperatur
terhadap
prosentese
mold telapak kaki atas..........................66 penyusutan pada mold telapak Gambar 4.11. Grafik
hubungan
temperatur
terhadap
prosentase
mold telapak kaki bawah .....................68 penyusutan pada mold telapak Gambar 4.12. Grafik hubungan bentuk mold terhadap prosentase penyusuta penyusutan n ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...............70 ....70
DAFTAR TABEL
thermoplastik ..................................15 Tabel 2.1 Sifat-sifat dari dari jenis-jenis jenis-jenis thermoplastik ..................................15 gravity dari berbagai material plastik..16 Tabel 2.2. Perbandingan spesifik gravity dari termoplastik k ..................... ................................ ............... ....17 Tabel 2.3. Temperatur leleh proses termoplasti 17 Polypropylene (PP) ..................... Tabel 2.4 Polypropylene (PP) ................................ ...................... ...................... .....................18 ..........18 mold telapak kaki Tabel 4.1. Data lengkap percobaan pada mold telapak atas ..................... ................................. ....................... ...................... ...................... ....................... .....................65 .........65 mold telapak kaki Tabel 4.2. Data lengkap percobaan pada mold telapak bawah bawa h ....................... .................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ...............67 ....67 Tabel 4.3. Rata-rata prosentase penyusutan pada setiap bentuk mold dan mold dan variasi temperatur...................................................69
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Adanya kecenderungan yang terus naik setiap tahunnya atas
penderita kecacatan yang mengalami amputasi di Indonesia yang mana data pasiennya dapat diwakili dari Rumah Sakit Orthopedi (RSO) Prof. Dr. Soeharso Surakarta, yang merupakan rumah sakit rujukan orthopedi yang ada di Indonesia. Pada akhir tahun 2006 menunjukkan data terjadinya kasus amputasi anggota gerak bawah kaki adalah sebesar 25% per tahunnya, yang terbagi untuk amputasi kaki diatas lutut atau prothese jenis above knee amputation (AKA) sebesar 18% dan amputasi dibawah
diproduksi baik yang dihasilkan oleh Rumah Sakit Orthopedi atau industri kecil yang ada dikota Solo masih mengutamakan fungsinya sebagai kosmetik. Sedangkan prothese kaki yang berfungsi sebagai alat bantu (artificial )
dalam
manjalankan
aktivitas
sehari-hari
masih
belum
terakomodasi secara baik. Hal ini terlihat pada pengguna prothese kaki pada saat melakukan langkah berjalan sacara normal masih terlihat adanya phase berjalan yang kurang baik yang diakibatkan oleh dampak kecacatan, terlebih bilamana berjalan naik dan menuruni anak tangga yang cukup tinggi ataupun turun dari bus kota. Atas gambaran kondisi ini bahwa prothese kaki yang ada masih belum memenuhi aspek fungsinya secara baik yang antara lain mampu menopang berat tubuh yang nyaman, aman, stabil, kuat dan ringan.
Hasil kajian dari penelitian yang telah dilakukan oleh (Lobes Herdiman, 2007 dan Fabianus Suryono, 2007) bahwa proses pembuatan prothese kaki dilingkungan Rumah Sakit Orthopedi dan instalasi kecil yang ada dikota Solo masih sangat sederhana, mengedepankan proses handcrafting dan teknologi proses manufaktur yang digunakan pembuatan handcrafting dan masih bersifat konvensional. Proses pembuatan prothese kaki yang dilakukan secara handcrafting muncul beberapa permasalahan yang dihadapi yaitu lamanya waktu menunggu untuk pemesanan dan lamanya prothese dengan pasien setelah menggunakan waktu penyesuaian antara prothese dengan produk yang dikerjakan. Bantuan teknologi telah dimungkinkan untuk dimanfaatkan
proses
perencanaan
dan
perancangan
produk
dari
prothese kaki kususnya, melalui pemanfaatan beberapa bagian komponen prothese kaki
pembuatan prothese kaki ini akan memperkuat industri kecil yang ada dikota Solo secara khususnya dengan memiliki daya saing yang cukup baik. Sekaligus mampu mempercepat dalam pembuatan prothese kaki yang dipesan oleh pasien, dan terutama bagi negara Indonesia tidak lagi ketergantungan terus akan produk impor, meskipun pasar di Indonesia sangat menjanjikan bilamana diikuti dengan daya beli masyarakat. Sama halnya juga pada pasien yang cacat dikarenakan sesuatu hal yang harus mengalami amputasi dan tidak punya alternatif penawaran lain atas prothese kaki prothese kaki yang ada. Tantangan pada penelitian ini adalah difokuskan pada mechanical thermoforming , pembuatan mold dengan gips dan komponen SACH foot dengan plastik. Kemudian bahan yang digunakan dalam penelitian adalah
2. Mengidentifikasi perbedaan antara volume mold dengan volume lembaran plastik polypropylene (PP) dan PVC setelah proses mechanical thermoforming .
1.3
Manfaat penelitian Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Dihasilkan suatu produk produk dari hasil proses proses thermoforming dengan mold yang sederhana. variasi temperatur dan bentuk mold yang 2. Memberikan model modifikasi modifikasi SACH foot yang lebih murah, kuat dan produk yang lebih bagus. 3. Diharapkan dapat menyentuh secara langsung atas kebutuhan prothese kaki prothese kaki bagi pengguna dalam melakukan aktifitas keseharian
3. Daya tekan tekan yang akan diujikan diujikan adalah 1 kg/cm². kg/cm². 4. Ketinggian antara plastik plastik dengan dengan heater 2 cm. 5. Profil mold dibuat 2 jenis, 1 cetakan SACH foot bawah dan 1 foot atas. cetakan SACH foot atas.
1.5
Sistematika penulisan Sistematika pada laporan Tugas Akhir ini memuat tentang:
BAB I
PENDAHULUAN Bab ini terdiri atas latar belakang, tujuan, manfaat, lingkup
penelitian dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini terdiri atas kajian pustaka dan landasan teori.
BAB II DASAR TEORI
2.1
Tinjauan pustaka
2.1.1 Below knee prothese prothese ditunjukan pada gambar 2.1 Komponen dasar below knee prothese ditunjukan dibawah ini. Komponen-komponennya adalah foot ankle rakitan (SACH (SACH foot ), ), tulang kering (shank (shank ), ), stump , dan korset paha.
kebagian jari kaki, kemudian cushion heel pada lapisan SACH foot biasanya terbuat dari plastik fleksibel dan memiliki heel yang kaku. Gerakan pergelangan kaki dimungkinkan oleh adanya tumit karet yang lembut yang ditekan dibawah selama phase awal berjalan. Tumit karet tersedia dalam tiga kepadatan: lembut, sedang dan keras. SACH foot tidak punya sendi mata kaki, keuntungan SACH foot adalah tidak
mempunyai
bagian
yang
bergerak,
memerlukan
sedikit
pemeliharaan, memberikan suatu penampilan yang menarik, tenang saat digunakan dan mudah dibentuk untuk sepatu high heel . Kerugian flexion dan utamanya adalah penyesuaiannya yang terbatas untuk plantar flexion dan dorsi flexion .
2.2
Landasan teori
2.2.1 Polimer Polimer merupakan senyawa makromolekul yang terbentuk dari monomer ). susunan ulang unit molekul ((monomer ). Reaksi penggabungan dari momomer menjadi momomer menjadi polimer disebut polimer disebut reaksi polimerisasi . 1. Macam-macam polimer Polimer umumnya diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok, antara lain atas dasar jenis monomer , asal, sifat thermal, dan reaksi pembentukanya. Berdasarkan jenis monomer , polimer dibedakan homopolimer dan kopolimer . Homopolimer merupakan Homopolimer merupakan polimer atas homopolimer dan yang tersusun dari satu macam monomer , sedangkan kopolimer merupakan polimer yang tersusun dari dua macam atau lebih
Berdasarkan asalnya, polimer dibedakan atas polimer alam dan polimer sintetis . Polimer alam Polimer alam telah dikenal sejak ribuan tahun yang lalu, seperti amilum , selulosa , kapas, karet, wol, dan sutra. Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari molekul sederhana (monomer ) dalam pabrik. polimer dibedakan atas polimer Berdasarkan reaksi pembentuknya, polimer dibedakan Polimer berdasarkan sifat thermalnya adisi dan polimer kondensasi . Polimer berdasarkan dapat
dikelompokkan
menjadi
2,
yaitu
termoplastik
dan
termoseting. a. Termoplastik (Termoplastic Polymer) Termoplastik bersifat mudah larut pada pelarut yang sesuai, pada suhu tinggi akan lunak, tetapi akan mengeras kembali jika
mempunyai ikatan silang antara rantai. Yang termasuk termoseting adalah
PU
(Polyurethene (Polyurethene ), ),
UF
(Ureafromaldehyde (Ureafromaldehyde ), ),
MF
epoksi dll. (Melaminefromaldehyde ), ), polyester, epoksi dll.
Gambar 2.4 Hubungan waktu dengan kekuatan plastik (Schey, 2000) Pada Gambar 2.4 diketauhi bahwa untuk mencapai kekuatan
elastomer (Groover, 1996) Gambar 2.5 Model pemanjangan molekul elastomer (Groover, 2. Sifat mekanis polimer Dari gambar 2.6 dapat dilihat bahwa sifat mekanis dari polimer sangat dipengaruhi oleh kenaikan suhu. Pada poin (a) modulus alastisitas dari termoplastik turun drastis, pada poin (b) kekuatan berkurang pada saat temperatur meningkat.
1. Sifat mekanis a. Kekuatan lebih rendah, modulus elastisitas lebih rendah dari
material logam dan keramik. b. Kekuatan tarik lebih rendah (kira-kira 10% dari material logam). c. Kekerasan lebih rendah.
(ductility ) lebih besar. d. Keliatan (ductility 2. Sifat fisik a. Densitas lebih rendah dibanding material logam. logam. b. Koefisien muai termal termal jauh lebih tinggi, kira-kira 5 kali material logam dan 10 kali keramik. c. Suhu leleh rendah. d. Panas jenis kira-kira dua sampai empat empat kali material material logam dan
Tabel 2.1 Sifat-sifat dari jenis-jenis thermoplastik
segi ekonomis bahan PVC lebih murah, tahan lama dan dapat diwarnai. Polypropylene (PP) b. Polypropylene (PP) Polypropylene merupakan polimer kristalin yang dihasilkan dari polimerisasi gas propilena . Propilena mempunyai Propilena mempunyai spesifikasi proses polimerisasi gas gravity rendah dibandingkan dengan jenis plastik lainya, sebagai perbandingan terlihat pada Tabel 2.2. gravity dari berbagai material plastik Tabel 2.2. Perbandingan spesifik gravity dari (Samsul, 2009) Resin PP
Spesifik gravity 0,85 - 0,90
Tabel 2.3. Temperatur leleh proses termoplastik (Samsul, 2009) Material
ºC
ºF
ABS
180 – 240
356 – 464
Acetal
185 – 255
365 – 437
Acrylic
180 – 250
356 – 482
Nylon
260 – 290
500 – 554
Poli Karbonat
280 – 310
536 – 590
LDPE
160 – 240
320 – 464
HDPE
200 – 280
392 – 536
PP
190 – 200
374 – 392
PS
180 – 260
356 – 500
Polypropylene (PP) (Groover, 1996) Tabel 2.4 Polypropylene (PP) Rumus kimia
(C3H6)n
Metode polimerisasi
Penambahaan
Derajat tingkat kristalisasi
Tinggi,
tetapi
prosesnya
bervariasi Modulus elastisitas
200,000 lb/in² (1400 Mpa)
Kekuatan tarik
5,000 lb/in² (35 Mpa)
Pemanjangan
10% - 500%
Spesifikasi gravity
0,90
Glass transition temperatur
-4º F (-20º C)
Temperatur leleh
349º F (176º C)
Dekati
Sekitar 13%
permukaan
lembaraan
plastik.
Jangka
waktu
pemanasan
untuk
melelehkan lembaran plastik tergantung pada jenis polimer (plastik), ketebalan, dan warna. Keuntungan-keuntungan thermoforming adalah biaya permesinan yang murah, komponen-komponen dapat dengan mudah dibentuk, dan temperatur yang dibutuhkan bisa lebih rendah daripada proses produksi plastik yang lain. Karakteristik lain yang menarik dari proses termoforming adalah kemampuan untuk memproduksi komponen tunggal dengan harga yang relatif rendah pula. Cetakannya dapat dibuat dari aluminium, kayu, gips dan baja. tanah liat, gips dan Berdasarkan proses pembentukanya dapat digolongkan dalam tiga kategori dasar yaitu:
Thermoforming (Groover, 1996) Gambar 2.7 Proses Vacuum Thermoforming (Groover, b. Pressure thermoforming Pressure
thermoforming
adalah
proses
pembentukan
menggunakan tekanan positif (tiup) untuk memaksa plastik yang
c. Mechanical thermoforming Mechanical
thermoforming
penggunaannya
berpasangan
adalah
cetakan
dengan
cetakan
positif negatif
dalam yang
bersama-sama bergerak berlawanan arah menghantam lembaran plastik yang telah dipanaskan sehingga membentuk seperti kedua cetakan tersebut. Dalam metode mechanical thermoforming yang murni,
tekanan
udara
(positif/tiup
atau
negatif/hisap)
tidak
digunakan sama sekali. Proses ini dapat dilihat pada gambar 2.7. Keuntungannya
dimensinya
lebih
akurat,
diperlukan 2 cetakan sehingga lebih mahal.
kerugian
adalah
tekanan. Pada mold hampir sama dengan casting , hanya saja material yang dibuat berbeda. Pemilihan mold secara umum ditentukan oleh pemilihan material untuk mendapatkan sifat-sifat fisik yang diinginkan dari benda kerja yang akan dibuat. Disamping hal tersebut, pemilihan mold juga dipengaruhi oleh bentuk desain produknya. 1. Jenis-jenis molding mold atau cetakan dibagi menjadi 2 yaitu mold Berdasarkan bentuk mold atau positif dan mold negatif, keduanya sama-sama digunakan dalam proses thermoforming . Cetakan positif yaitu cetakan dengan bentuk cembung keatas Gambar 2.10. sedangkan cetakan negatif adalah cetakan yang mempunyai bentuk cekung kedalam Gambar 2.11.
Berdasarkan material yang dibuat, bentuk produk dan faktor yang mempengaruhi proses molding , metode dasar molding dapat dibedakan menjadi beberapa macam yaitu: 1. Metode Blow Molding Pada prinsipnya blow molding merupakan cara mencetak benda kerja berongga dengan menggunakan cetakan yang terdiri dari 2 belahan mold yang tidak munggunakan inti (core (core ) sebagai pembentuk rongga yang harus ada pada benda kerja, akan dihasilkan dengan cara meniupkan atau menghembuskan udara kedalam material yang telah disiapkan. Material plastik yang akan dibentuk berupa pipa, yang akan keluar secara perlahan turus dari sebuah extruder
Gambar 2.12 Proses pengisian butiran plastik (Groover, 1996) b. Proses pemanasan pemanasan butiran butiran plastik kedalam heater , setelah butiran plastik meleleh dan membentuk seperti pasta maka plastik diinjeksikan kedalam mold .
Gambar 2.14 Proses peniupan udara (Groover, 1996) d. Proses pengeluaran produk setelah produk dingin, dengan cara cavity plate membuka. salah satu cavity plate membuka.
antara 300-395ºF (149-185ºC) dan tekanan molding antara 155600 bar, untuk lebih detil lihat gambar 2.16.
Molding (Smith, 2006) Gambar 2.16 Compression Molding (Smith, 3. Injection Molding Proses ini sangat sesuai untuk material thermoplastik , karena dengan pemanasan material ini akan menjadi lebih lunak, bila didinginkan akan mengeras. Perubahan-perubahan ini hanya
biasanya berkisar antara 350-525ºF (177-274ºC), lebih detail lahat gambar 2.17.
Molding (Groover, 1996) Gambar 2.17 Injection Molding (Groover, 2. Desain mold Dalam merencanakan sebuah mold ada beberapa hal yang harus
b. Sharp corners harus dibuat miring, tidak boleh lurus karena akan menghambat laju bahan masuk ke dalam cetakan maupun saat keluar. Jari-jari yang minimum adalah dua kali ketebalan yang direkomendasikan, untuk membuat mold positif haruslah 1º lihat gambar 2.19.
gips hendaknya 4. Untuk mendapatkan mendapatkan sifat-sifat sifat-sifat yang optimal, maka gips hendaknya dibiarkan berhydrasi selama paling sedikit satu jam (kalau bisa lebih
lama)
dan
kemudian
dikeringkan
pada
suhu
450ºC
(E.C.Combe,1992). Cetakan dengan gips hampir sama dengan cetakan dengan pasir kecuali pada bagian gips diubah dengan pasir. Campuran gips pada dasarnya terdiri dari 70-80 % gips dan 20-30 % air. Pada umumnya, pembentukan pengecoran gips ini membutuhkan waktu persiapan kurang dari satu minggu, setelah itu akan menghasilkan produksi rata-rata sebanyak 1-10 unit/jam pengecorannya dengan berat untuk hasil produksinya maksimal mencapai 45 kg dan minimal 30 kg, dan permukaan hasilnyapun memiliki resolusi yang tinggi dan halus. Jika gips
ke system robot, karena ketepatan desain permintaan semakin meningkat yang bahkan lebih besar dari kemampuan manusia. 1. Cetakan pasir Cetakan pasir adalah proses yang paling sederhana dan paling serbaguna dari proses-proses pembuatan paduan gips . Proses cetakan pasir paling sering dipilih untuk produksi, lihat gambar 2.20.
suatu struktur butiran yang sangat lembut dan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan cetakan pasir. Laju pendinginan yang lebih cepat pada pengecoran cetakan permanen menghasilkan butiran yang lebih lembut, kemudian cetakan permanen biasanya mempunyai lebih sedikit pori-pori gas dibandingkan cetakan pasir. Cetakan permanen ini lebih mahal dan lebih rumit dibanding dengan cetakan pasir. 3. Cor cetak Pada cor cetak suhu kadang dibuat untuk produksi yang maksimum dengan memaksa logam aluminium leleh ke dalam cetakan logam dengan tekanan yang tinggi. Sepasang cetakan dibuka membelah dua dengan aman dikunci bersama-sama untuk melawan tekanan
2.2.6 Pengaruh temperatur pada thermoplastik Dalam
proses
mechanical
thermoforming
selalu
dibutuhkan
pemanasan dan pemberian tekanan pada material plastik yang mana keduanya akan mempengaruhi hasil dari cetakan. Melekul thermoplastik bersifat linier yang berarti bahwa melekul linier menjadi lunak juka dipanaskan dan mengeras kembali jika didinginkan. Gaya anter molekuler yang relatif lemah pada rantai molekuler mengikat molekul. Jika suhu dinaikan, tegangan geser dapat memutuskan ikatan sekunder yang lebih lemah ini dan molekul dapat saling bergerak. Pada gambar 2.21 dapat dilihat bahwa pada polimer jenis thermoplastik apabila
temperatur
ditingkatkan,
maka
akan
terjadi
polymethylmethacrylate harga polymethylmethacrylate harga impact relatif stabil pada beberapa kondisi suhu.
Gambar 2.21 Hubungan Kekuatan Impact dan Temperatur Pada Thermoplastik (Kalpakjian, 2003)
Gambar 2.22 Hubungan Regangan dan Tegangan Pada Beberapa Variasi (Kalpakjian, 2003)
kekuatan yang relatif paling kecil bila dibandingkan dengan jenis polimer yang lain, serta mempunyai nilai regangan yang cukup besar. Sehingga plastik jenis ini mudah dibentuk pada suhu yang rendah.
Gambar 2.24 Hubungan Viskositas dan Tegangan geser terhadap suhu
bahwa pada kisaran suhu tersebut PVC bisa dibentuk dengan baik karena rata-rata laju regangan gesernya tinggi. thermoseting memerlukan panas Pada waktu pembentukan plastik thermoseting memerlukan dan menghasilkan produk yang tetap keras. Mula-mula panas yang diberikan digunakan untuk melunakan bahan polimernya , akan tetapi panas tambahan atau bahan kimia khusus akan menumbulkan perubahan kimiawi yang disebut polimerisasi dan sesudah itu polimer tidak dapat dilunakkan lagi. Polimerisasi merupakan suatu proses kimia yang menghasilkan susunan baru dengan berat molekul yang lebih berat dari bahan semula.
2.2.7 Proses pemindahan panas pada plastik
Fourier untuk persamaan distribusi temperatur pada lembaran plastik dapat dituliskan pada gambar dibawah ini.
4. Ganbar 2.25 Proses Pemindahan Panas Secara Radiasi dan konveksi.
2.2.8 Adhesive bonding
permukaan yang bersih, pembentukan suatu permukaan lebih reaktif, pembentukan suatu luas permukaan yang relatif besar. b) Teori Serapan Teori serapan menjelaskan bahwa pengeleman diakibatkan oleh kontak molekul antara dua bahan. Proses tentang kontak yang menyentuh antara satu permukaan dan adherend dikenal sebagai pembasahan. 2. Adhesives untuk plastik Sifat-sifat kimia dan fisik dari plastik mempengaruhi kualitas batang yang terikat. Unsur-unsur utama yang diperhatikan adalah koefisien muai panas dan suhu transisi, dari suhu berapa plastik mulai memuai. Lapisan dasar plastik bisa secara kimiawi aktif, bahkan
berbeda, yaitu ukuran luar benda kerja akan lebih kecil dibanding dengan ukuran cetakan. Arah penyusutan penyusutan material yang menuju ke sebuah sebuah titik referensi referensi di dalam benda kerja itu dapat terlihat pada garis-garis yang terdapat pada spesimen, sehingga kita dapat mengamati arah penyusutan itu dengan lebih jelas. Bahwa garis-garis yang dibuat, arahnya selalu melengkung menuju titik pusat spesimen yang dijadikan sebagai referensi. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya penyusutan antara lain adalah besarnya suhu dan tekanan. 2. Kerutan Kerutan merupakan suatu proses penyimpangan pada proses
Letak lubang harus bisa mewakili permukaan-permukaan dari mold yang diinginkan. Apabila rancangan pada sebuah
mold ini
diabaikan, maka pada tekanan mold tidak merata yang akan mengakibatkan terjadinya kerutan pada permukaan yang tidak merata tersubut. 3. Cacat Datar Cacat datar merupakan suatu proses penyusutan produk akibat perubahan fase cair menjadi fase padat. Kesalahan dalam pengambilan besarnya faktor penyusutan pada waktu desain mold akan mengakibatkan tidak sesuainya dimensi produk yang diharapkan. Perubahan dimensi pada benda dapat dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya shrinkage, cooling
4. Sobek Cacat ini terjadi karena plastik yang dipanaskan sangat mendekati suhu melting dari plastik itu sendiri, sehingga saat akan dibentuk plastik ini secara otomatis akan sobek, maka plastik akan rusak dan tidak dapat dicetak sesuai bentuk mold .
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Sebelum percobaan dimulai, perlu disiapkan semua bahan dan peralatan pendukung yang akan digunakan. Serta kertas yang akan digunakan untuk mencatat data hasil pengujian juga harus dipersiapkan. Setelah semua siap, pasang mold yang akan digunakan. Dari gambar 3.1 diketahui ada 2 macam mold yang akan digunakan. Pilih salah mold telapak bagian bawah, kemudian mold telapak mold telapak satu, bisa dimulai dari mold telapak kaki bagian atas. Setelah mold terpasang, langkah selanjutnya memasang plastik yang akan diuji ketempat yang akan disediakan. Harus dipastikan plastik dalam keadaan baik, tidak rusak sebelum dipasang. Selanjutnya, mengatur temperatur yang akan diujikan pada thermokontrol . Yang diukur disini adalah temperatur pada plastik.
permukaan plastik. Akan tetapi, apabila pengujian ini gagal atau ada data yang rusak atau pelaksanaan pengujian tidak seperti prosedur yang diinginkan harus diulangi lagi dari depan. Apabila semua data sudah terkumpul, maka langkah selanjutnya adalah mengolahnya. Semua data-data yang diperlukan untuk dianalisa dicatat ulang dan diolah sedemikian rupa sehingga didapatkan suatu kesimpulan berdasarkan teori dan praktek yang telah dilakukan.
3.2
Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel CV. Lasote.
3.3
Pembuatan Alat Uji
Dongkrak Hidrolik
Thermokontrol Manual
Mold
Heater
Plastik
Thermocouple
Dudukan Heater
Gambar 3.2 Sket alat uji mechanical thermoforming
Gambar 3.3 Mesin Las Listrik 2. Mesin gerinda tangan
3. Mesin bor Mesin bor berguna untuk membuat lubang pada rangka mold , rangka dudukan heater dan rangka penjepit plastik. Model mesin bor dapat dilihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.6 Satu Set Tool
2. Seng Seng digunakan untuk membuat penutup pada rangka mold . Seng dapat dilihat pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Seng
3.3.3 Pembuatan mold Mold dibuat dari gipsum dengan campuran gips dan air (PDAM). Komposisi pencampuran antara gips sebesar 70% dan air (PDAM) sebesar 30% diaduk sampai kental. Proses berikutnya adalah gipsum dituang kedalam cetakan, kemudian diviniseng sampai berbentuk mold tersebut adalah berbentuk ½ menyerupai pola kaki. Adapun bentuk mold tersebut kaki, 2 mold positif dan 2 mold negatif. Model 4 mold dapat dilihat pada gambar 3.10.
Heater dapat dilihat pada gambar satu sisi saja yaitu sebelah atas. Heater dapat 3.11.
Gambar 3.11 Pemanas atau Heater 2. Thermokontrol Thermokontrol yang digunakan adalah thermokontrol manual, fungsinya untuk mengetahui temperatur bahan plastik, kemampuan panas hingga mencapai 400ºC dan kuat arus 15 Ampere. Alat bisa dilihat pada gambar 3.12.
hidrolik memiliki daya tekan beban sampai 20 Ton. Alat dapat dilihat pada gambar 3.13.
3.4.2 Bahan penelitian 1. Lembaran plastik PVC dan PP Bahan penelitian didapat dari toko Morodadi yang berlokasi di Surakarta.
Bahan
yang
digunakan
ini
adalah
lembaran
plastik
polypropylene (PP) ketebalan 1.0 mm dengan ukuran (40 x 15) cm dan lembaran plastik PVC ketebalan 1.0 mm dengan ukuran (40 x 15) cm. Alasan pemilihan bahan ini adalah karena merupakan jenis plastik yang mudah dibentuk, banyak dipasaran, ringan dan modern. Gambar polypropylene (PP) dan PVC dapat dilihat pada gambar lembaran plastik polypropylene (PP) 3.15 dan 3.16.
2. Gibs Bahan gips serbuk didapat dari toko Sumber Hidup yang berlokasi di Surakarta. Bahan diproduksi oleh PT GYPSUM PLASTER L.P dengan kode SG, tipe SG-12.
Gambar 3.17 Serbuk Gips 3. Resin Bahan resin didapat dari toko Sumber Hidup yang berlokasi di
Gambar 3.19 Cairan Katalis 5. Cat Warna Bahan cet warna didapat dari toko Besi Juari dengan merek DEXTRO lux dan berat bersih 100 gr.
2. Pemotongan dan pemasangan plastik Lembaran plastik dipotong dengan ukuran 40 x 25 cm, sesuai dengan ukuran penjepit plastiknya dan kemudian plastik dipasang pada mold negatif setelah itu plastik dijepit. Pemasangan dapat dilihat pada gambar 3.21.
Gambar 3.21 Pemasangan Plastik pada Penjepit
4. Pemasangan dongkrak hidrolik pada mold Pemasangan dongkrak hidrolik pada mold positif diletakkan diatas cetakan dan penekanan mold dengan arah kebawah. Letak mold dapat dilihat pada gambar 3.23. dongkrak hidrolik dan mold dapat
dinaikan lagi keposisi semula dan produk hasil mechanical thermoforming dapat dikeluarkan. Proses dapat dilihat pada gambar 3.24.
Gambar 3.24. Pemrosesan Mechanical Thermoforming
Setelah data yang dibutuhkan didapat, kemudian dianalisa penyebab-penyebab
dari
terjadinya
penyusutan
tersebut
berdasarkan teori yang ada.
3.7
Kendala yang dihadapi Dalam pengujian ini masih banyak kendala yang dihadapi.
Beberapa diantaranya mempengaruh hasil cetakan.adapun kendala tersebut: 1. Heater hanya berada pada satu sisi saja, sehingga pemanasan tidak merata. 2. Toleransi pada mold tidak dianalisa, sehingga tidak tahu apakah mold yang tersebut baik atau sudah cukup mewakili pembentukan
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Data-Data Mold Dalam penelitian ini ada 3 variasi temperatur dan 4 macam
mold dapat dilihat pada gambar profil/bentuk mold . Adapun bentuk dari 4 mold dapat 4.1.
4.2
Pengujian Mold
4.2.1. Pengujian Menggunakan Plastik Polypropylene (PP) Polypropylene (PP)
Pola tidak sempurna
Kerutan
Gambar 4.2 Foto Hasil Mechanical Thermoforming Pada gambar 4.2 ditunjukan foto hasil dari proses mechanical thermoforming . Pada plastik jenis PP ini tebal yang digunakan adalah 1.0
Tidak banyak berubah (masih datar)
Gambar 4.3 PP diproses dengan mold telapak kaki atas dan mold telapak kaki bawah temperatur 100ºC
Tidak membentuk pola
4.2.2. Pengujian Menggunakan Menggunakan Plastic PVC Penyusutan adalah cacat perubahan dimensi ukuran pada mold , maka ukuran produknya akan berbeda, yaitu ukuran luar benda kerja akan lebih kecil dibanding dengan ukuran cetakan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.6.
PENYUSUTAN
Gambar 4.6 Contoh penyusutan pada plastik PVC
4.2.3. Produk Hasil Pengujian Pengujian Hasil pengujian produk pada gambar 4.8 dengan campuran resin 1 kg, katalis 10 ml dan cet warna coklat muda 50 ml. Setelah bahan dimasukan dalam wadah dan ketiga campuran diaduk sampai merata kirakita 10 menit, maka bahan siap dituangkan kedalam plastik yang sudah melalui proses pencetakan dan pengeleman. Bahan yang melalui proses penuangan, kemudian terjadi proses reaksi pengerasan yang berbentuk foot didiamkan selama 2 jam. Setelah dilakukan pengamatan maka terjadi keretakan dalam proses reaksi disebabkan karena katalis atau pengeras terlalu banyak, maka campuran katalis harus dikurangi. Bahan dengan pencampuran yang sama, tetapi bahan katalis menggunakan 5 ml dengan metode pencampuran seperti diatas. Pada
Gambar 4.9 Hasil Produk Yang Berhasil
4.3
Analisa Data dan Pembahasan Pada percobaan ini, plastik yang digunakan adalah jenis PVC
dengan ketebalan 1,0 mm. Adapun variasi temperatur yang dicobakan
4.3.1. Percobaan pada mold telapak kaki atas mold telapak kaki atas Tabel 4.1 Data lengkap percobaan pada mold telapak Temperatur Percobaan (ºC)
Volume mold
Volume
Prosentase
(ml)
bahan
Penyusutan(%)
(ml) 100
1
605
520
14,04
100
2
605
530
12,39
100
3
605
545
9,91
120
1
605
547
9,58
120
2
605
540
10,74
120
3
605
550
9,09
140
1
605
560
7,40
) % ( n 15 a t u s 12 u y n 9 e P e 6 s a t n 3 e s o r 0 P
100
120
140
Temperatur (0C)
Pe r cobaan 1
Pe r cobaan 2
Pe r cobaan 3
Gambar 4.10 Grafik hubungan temperatur terhadap prosentese mold telapak kaki atas. penyusutan pada mold telapak
Dapat diketahui bahwa pada percobaan mechanical thermoforming mold telapak kaki atas dengan ketinggian pada plastik PVC dengan mold telapak
terjadi penyusutan yang sangat kecil, tapi hasil produk akan lebih tipis. Sedangkan pada temperatur 120ºC terjadi penyusutan yang lebih besar dari temperatur 140ºC, tetapi hal ketebalan plastik dalam keadaan baik. Pada temperatur 120ºC pemanasan dapat merata sesuai dengan kebutuhan.
4.3.2. Percobaan pada mold telapak mold telapak kaki bawah Tabel 4.2 data lengkap percobaan pada mold telapak kaki bawah Temperatur Percobaan (ºC)
Volume mold
Volume
Prosentase
(ml)
bahan
Penyusutan(%)
(ml) 100
1
386
335
13,21
15 ) % ( n 12 a t u s u y 9 n e P e 6 s a t n e s 3 o r P
0 10 0
12 0
140 0
Temper atur ( C) Pe rco baa n 1
P erc oba an 2
Perc obaa n 3
Gambar 4.11. Grafik hubungan temperatur terhadap prosentase mold telapak kaki bawah. penyusutan pada mold telapak
Dari gambar 4.11 dapat dilihat bahwa pada percobaan kedua
Dengan demikian pada temperatur 120ºC prosentase penyusutan mengalami naik turun
tapi tidak terlalu besar sebagaimana
ditunjukan pada tabel 4.2. Dapat diartikan bahwa kadang pada proses penekanan mold keplastik berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan. Dalam hal ketebalan produk ketiga pengujian telapak kaki bawah hampir sama, karena pengaruh dari bentuk mold dan mold dan tinggi mold .
4.3.3. Analisa Data Secara Keseluruhan Keseluruhan mold yang ada tersebut dicari rata-rata prosentase Dari dua bentuk mold yang penyusutan pada tiap variasi temperatur, sehingga didapat pada tabel 4.3.
) % ( 15 n a t u 12 s u y 9 n e P e 6 s a t n 3 e s o r 0 P
1 00
1 20
140 0
Temperatur ( C)
Telapak Kaki Atas
Telapak Kaki Bawah
mold terhadap prosentase Gambar 4.12 Grafik hubungan bentuk mold terhadap penyusutan
sedangkan pemuaian panjang hanya 1-5,5 cm. Sehingga plastik yang memuai sebenarnya bisa tebih dari 1 cm tetapi hanya ditekan sampai 1-5,5 cm, maka sisa dari pemuaian plastik yang tidak mulur akan menyebabkan terjadinya penyusutan. Oleh karena itu, pada bentuk mold telapak kaki atas mempunyai prosentase penyusutan mold telapak kaki yang paling rendah dibandingkan dengan bentuk mold telapak bawah. Semua prosentase penyusutan pada mold telapak kaki atas menunjukan antara 7,85%-12,11% (Gambar 4.12). Sedangkan untuk mold telapak kaki bawah prosentase penyusutan cenderung naik antara 10,01%-12,08% (Gambar 4.12). Maka mold telapak kaki atas lebih cocok untuk produk yang dihasilkan.
diberikan keplastik sama. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya penyusutan. Bagian plastik yang temperaturnya lebih tinggi akan terjadi penyusutan lebih kecil. Sedangkan pada bagian yang temperaturnya lebih rendah dari batas forming tidak membentuk dengan sempurna. Meskipun plastik yang temperaturnya berada pada toleransi forming (pembentukan) lebih banyak, tetapi apabila dibentuk bersama dengan bagian plastik yang berada pada temperatur lebih atau kurang dari toleransi mengakibatkan terjadinya
penyusutan.
Besarnya
penyusutan
yang
terjadi
tergantung dari penyebaran temperatur yang terjadi pada plastik tersebut.
BAB V PENUTUP
5.1.
Kesimpulan Berdasarkan pembahasan tentang ”Analisa Penyusutan Pada
Lembaran Plastik Polypropylene (PP) dan Plastik PVC Hasil Proses Mechanical Thermoforming ” dapat diambil kesimpulan bahwa: 1.
polypropylene (PP) Proses mechanical thermoforming pada plastik polypropylene (PP) dengan ketebalan 1,0 mm tidak dapat dianalisa karena sifat viskos pada material rendah. Sedangkan pala plastik PVC dengan ketebalan 1,0 mm dengan variasi temperatur yaitu mulai dari 100ºC, 120ºC dan 140ºC. Prosentase penyusutan paling kecil
Kalau
temperatur 100ºC terlalu rendah, sehingga penyusutan
semakin tinggi.
5.2.
Saran Setelah dilakukan penelitian dan pembahasan tenteng produk hasil
mechanical
thermoforming didapatkan
saran
yang
nantinya
bisa
ditindaklanjuti oleh peneliti berikutnya. Adapun saran-saran tersebut antara lain adalah: 1. Untuk mold hendaknya dibuat dari aluminum . Bukan dari gipsum , gipsum akan menghasilkan pori-pori meskipun hanya kecil, karena gipsum akan dan apabila gipsum yang digunakan pecah atau retak tidak dapat diperbaiki lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Bralla, James, G., 1998. Design For Manufacturability Handbook . McGraw-Hill Companies. Combe, E.C., 1992. Pembuatan Cetakan Dari Gypsum . Diakses 15 Juni 2009 dari www.google.com/gypsum Groover, M. P., 1996. Fundamentals of Modern Manufacturing Materials Processes and Svstem, Prentice-Hall. Prentice-Hall. Herdiman, L., 2007. Pengembangan Karakteristik Fungsi Prothese Kaki Jenis Above Knee Amputation Dengan Teknologi Computer Aided Engineering (CAE). Universitas Negri Surakarta, Surakarta. Kalpakjian, Serope and Steven R. Schmid, 2003. Manufacturing Process for Engineering Materials , fourh Edition. lllinois Institute of Technology, Chicago. Ma’arif, S., 2009. Analisa Warpage Pada Lembaran Plastik Polyethylene (PE) dan Polypropylene (PP) Hasil Proses Vacum Thermoforming.
Lampiran
