STUDI PENGARUH PARAMETER PROSES TERHADAP KUALITAS PADA PEMBUATAN PLASTIK TRAY DENGAN PROSES VACUUM FORMING
Abstract
Tempat dari material plastik semakin banyak ditemukan dan digunakan di kehidupan seharihari, salah satunya tempat permen atau obat. Salah satu proses pembuatannya yaitu dengan menggunakan proses termoforming dan yang paling sederhana sederh ana jenis straight vacuum forming. Proses tersebut banyak digunakan untuk membentuk material plastik berbentuk lembaran. Plastik lembaran dipanaskan hanya sampai kondisi melunak pada suatu mold, kemudian diberi tekanan vacuum agar terjadi proses pembentukannya. Agar pembentukan yang terjadi dapat sempurna perlu diatur parameter prosesnya. Adapun parameter yang akan diatur adalah temperatur, waktu dan tekanan pada lembaran plastik didalam cetakan. Pengaturan temperatur d an lama pemanasannya dipengaruhi oleh jenis dan ketebalan plastik. Pada penelitian ini, digunakan bahan plastik lembaran polyethylene terephthalate (PET) dengan tebal 0,5 mm sebagai bahan uji. Untuk proses pemanasan, temperatur diatur pada 90°C – – 130°C dengan waktu pemanasan berkisar antara 2 – 4 detik. Tekanan yang diberikan konstan sebesar 15 mmHg. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa setting yang optimum untuk plastik PET dengan tebal 0,5 mm yaitu temperatur pemanasan sebesar 110°C dengan waktu pemanasan 3 detik. Key words: thermoforming, parameter proses, kualitas
1. Pendahuluan Saat ini, penggunaan material plastik sebagai kemasan banyak dijumpai. Hal ini dikarenakan beberapa keuntungan seperti ringan, praktis, dapat diberi warna, dan murah jika diproduksi dalam jumlah banyak. Sebagai fungsi kemasan, plastik memiliki daya tarik tersendiri pada produk yang dikemas. Kondisi ini dikarenakan orang dapat langsung melihat isinya, dapat membantu menjaga keutuhan bentuk dari isinya dan tentunya biaya yang murah. Beberapa contoh kemasan plastik yaitu kemasan berbentuk tray dan blister. Blister banyak digunakan untuk obat dan beberapa jenis permen. Untuk tray lebih banyak digunakan untuk makanan kering. Untuk pembuatannya digunakan metode thermoforming dengan sistem vacum forming. Material yang digunakan berbentuk plastik lembaran. Pada proses ini lembaran dipanaskan kemudian dibentuk sesuai dengan cetakannya dengan bantuan
tekanan. Proses pembentukannya dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti: temperatur pemanasan, lama waktu penahanan (holding time) dan tekanan. Berdasarkan penelitian Bordonaro et.al., dikatakan bahwa temperatur mold dan sheet memilik pengaruh yang tinggi terhadap kualitas produk. Temperatur dipengaruhi oleh jenis material plastik yang digunakan karena setiap jenis memiliki temperatur proses yang berbeda. Namun pada penelitian, akan digunakan jenis vacuum forming untuk prosesnya. Parameter yang akan diatur berupa temperatur pemanasan dan waktu pemanasan, sehingga dapat diketahui pengaruh penambahan temperatur dan waktu pemanasan terhadap kualitas plastik tray. TMM – 7 2. Tinjauan Pustaka Proses pembuatan plastik ada beberapa cara, antara lain: injection molding, blow molding dan thermoforming. Proses thermoforming selain dapat bersaing dalam hal teknologi, energi yang digunakan jauh lebih kecil dibandingkan dengan proses injection molding. Proses ini juga memberikan keuntungan jika benda kerja yang akan dibuat mempunyai perbandingan luasan dengan ketebalan dindingnya besar. Berbagai macam jenis plastik juga dapat dibuat dengan proses ini, walaupun dapat mengalami perubahan ketebalan pada beberapa bagian dari produk. Proses thermoforming memiliki beberapa metode antara lain: vacuum forming, free forming, pressure forming, stretch forming, dan lain-lain. Proses vacuum forming merupakan jenis female atau negatif forming, seperti pada gambar 1. Proses ini merupakan proses yang paling sederhana. Gambar 1. Female atau Negative Forming Prinsip dasar proses ini adalah memberikan panas pada lembaran termoplastik hingga melunak kemudian diberi tekanan hingga plastik berbentuk lawan dari mold. Setelah itu plastik ditahan di dalam mold untuk pendinginan, proses pendinginannya berlangsung secara singkat. Pemberian tekanannya dilakukan pada tekanan rendah sehingga untuk benda kerja yang besar memungkinkan untuk dikerjakan, khususnya pada mesin yang kurang kokoh. Material mold yang digunakan dapat berupa material yang lunak. Selain keuntungan yang ada, proses ini juga memiliki kekurangan seperti: banyak menghasilkan skrap, perlu proses trimming pada setiap produk. Selain itu pada produk dapat terjadi ketebalan yang tidak merata di beberapa bagian, terjadinya kerutan, adanya gelembung dan lain sebagainya. 3. Metodologi Penelitian Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan proses vacuum forming. Mold yang digunakan dari plat baja yang dibentuk sesuai untuk ukuran permen atau obat. Mold yang digunakan mempunyai
10 cekungan sebagai bentuk dari produk, selain itu pada mold juga diberi lubang pada dasar cekungan tersebut untuk proses vakum. Panas yang diberikan ke mold disuplai dari elemen pemanas dengan daya 300 Watt. Untuk proses vakum digunakan kompresor yang diberi tambahan katup agar memiliki kemampuan vakum. Peralatan yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2. Metode yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Menentukan jenis plastik yang akan digunakan yaitu PET (polyethylene terephthalate) berbentuk lembaran dengan ketebalan 0,5 mm. 2. Menentukan ukuran lembaran plastik yang disesuaikan dengan mold yang akan digunakan karena sistemnya diskontinu. Plastik lembaran dipotong menjadi ukuran 100 mm x 150 mm. 3. Melakukan setting temperatur antara 90°C – 130°C dengan kenaikan 10°C setiap kali percobaan. 4. Melakukan setting tekanan sebesar 15 mmHg secara konstan. 5. Mengatur waktu penahanan selama 2 , 3 dan 4 detik. Untuk menentukannya dibantu dengan stopwatch. 6. Melakukan percobaan sebanyak 3 kali untuk setiap kondisi. Percobaan dilakukan dengan meletakkan plastik lembaran diantara mold, kemudian diberi panas hingga temperatur yang diinginkan tercapai. Sesuai dengan tekanan vakum yang diberikan, plastik didalam mold ditunggu beberapa saat sebagai waktu penahanan sesuai yang ditentukan. 7. Melakukan analisa hasil berdasarkan kualitas produk yang dihasilkan, seperti: jumlah lubang cetakan yang dihasilkan dan keseragam bentuk lubang. 8. Mengambil kesimpulan. TMM - 8 Gambar 2. Peralatan Vacuum Forming yang Digunakan 4. Hasil Pembahasan Dari hasil penelitian, didapatkan bahwa kualitas dari hasil proses thermoforming dengan menggunakan bahan PET akan dikategorikan menjadi 2 yaitu jumlah lubang yang terbentuk dan keseragaman bentuk lubang. Lubang tersebut yang nantinya akan digunakan untuk tempat dari permen ataupun obat. Pada tabel 1, dapat dilihat jumlah lubang yang terbentuk dari berbagai kondisi percobaan. Dari data yang didapatkan bahwa pada temperatur 100°C - 120°C, jumlah lubang yang terbentuk sesuai dengan jumlah cekungan pada mold. Namun pada temperatur 90°C, tidak demikian. Hal ini diduga karena temperatur lembaran plastik tidak merata atau panas pada lembaran dan tekanan vakum yang diberikan kurang. Untuk mengatasinya dapat dilakukan dengan penambahan waktu pemanasan. Dari penelitian dengan waktu yang lebih lama memang terlihat bahwa jumlah lubang yang terbentuk sebanyak 10 buah. Tabel 1. Jumlah lubang yang terbentuk pada berbagai kondisi . Temperatur (°C) Hasil Percobaan dengan waktu pemanasan (t)
t = 2 detik t = 3 detik t = 4 detik 90 8 10 10 100 10 10 10 110 10 10 10 120 10 10 10 130 10 5 Pada temperatur 90°C - 120°C, penambahan waktu pemanasan tidak mengurangi jumlah lubang yang terbentuk, berbeda dengan temperatur pemanasan hingga 130°C, jumlah lubang yang terbentuk hanya sesuai pada waktu pemanasan yang tersingkat. Dengan bertambahnya waktu pemanasan, jumlah lubang yang terbentuk berkurang. Kondisi ini karena temperatur pemanasan yang berlebih mengakibatkan plastik melebihi kondisi pelunakan. Lubang yang mengalami pengkerutan. Jika pada tabel 1 dapat dilihat mengenai pembentukan berdasarkan jumlah lubang, pada tabel 2 ditunjukkan keseragaman bentuk lubang yang terjadi. Keseragaman bentuk lubang menunjukkan apakah lubang yang terbentuk rata atau tidak. Apakah bentuknya memiliki ukuran yang sama dengan kedalaman 5 mm. Dari hasil penelitian terlihat bahwa kenaikan temperatur pemanasan mempengaruhi keseragaman bentuk lubang begitu juga dengan lama waktu pemanasan. TMM - 9 Tabel 2. Keseragaman bentuk lubang pada berbagai kondisi Temperatur (°C) Hasil Percobaan dengan waktu pemanasan (t) t = 2 detik t = 3 detik t = 4 detik 90 Tidak seragam Tidak seragam Tidak seragam 100 Tidak seragam Tidak seragam Tidak seragam 110 Tidak seragam Seragam Seragam 120 Seragam Tidak seragam Tidak seragam 130 Tidak seragam Tidak seragam Tidak seragam Pada temperatur pemanasan 90°C, walaupun jumlah lubang yang terbentuk lengkap 10 buah, ternyata bentuknya tidak seragam, begitu pula pada temperatur 100°C. Kondisi ini dikarenakan panas yang kurang sehingga pelunakan belum sempurna dan mempengaruhi terjadinya lubang yang diharapkan. Hal ini juga terlihat bahwa penambahan lama waktu pemanasan masih belum memberi pengaruh terhadap jumlah lubang yang terbentuk. Selain itu ada kemungkinan akibat tekanan vakum yang masih kurang. Kondisi seperti hasil percobaan temperatur 90°C dan 100°C, dapat diatasi dengan menaikkan temperatur pemanasan menjadi 110°C. Pada temperatur pemanasan 110°C, waktu pemanasan memberikan pengaruh pada keseragaman bentuk lubang. Pada waktu pemanasan 2 detik hasilnya tidak seragam, namun dengan penambahan waktu, bentuk lubang menjadi seragam. Hal ini dikarenakan temperatur pelunakan pada plastik lembaran telah tercapai. Waktu yang kurang belum memberikan seluruh panas pada lembaran plastik melunak hingga proses belum sempurna.
Penambahan temperatur pemanasan hingga 120°C, hasilnya juga tidak dapat maksimal, karena hanya berlaku pada waktu pemanasan yang singkat, lubang yang terbentuk dapat seragam. Waktu pemanasan yang bertambah akan membuat plastik kelebihan panas sehingga ketika proses, bentuknya malah tidak seragam. Pada temperatur 130°C, walaupun pada waktu pemanasan 2 detik jumlah lubangnya 10 buah, bentuknya tidak seragam. Kondisi ini dikarenakan panas yang berlebih. Untuk penambahan waktu pemanasan 3 detik dan 4 detik, selain lubang yang terjadi berkurang, bentuknya juga tidak seragam karena adanya panas yang berlebihan. Keadaan ini dapat diatasi dengan mengurangi lama waktu pemanasan dan temperatur pemanasan seperti pada temperatur 110°C. 5. Kesimpulan Pada proses vakum forming dengan bahan polyethylene terephthalate tebal 0,5 mm, temperatur pemanasan mempengaruhi jumlah lubang yang terbentuk dan keseragaman bentuk yang dihasilkan. Temperatur pemanasan yang dapat menghasilkan produk dengan kedua kategori kualitas seperti jumlah lubang dan keseragaman bentuk yang terbaik adalah 110°C dengan waktu pemanasan 3 detik. 6. Daftar Pustaka [1] Bordonaro C.M., Virkler T.L, et al., 2004, Optimization of Processing Condition in Thermoforming, Thermoforming Quarterly A Journal of Thermoforming Division of The Society of Plastiks Engineers 3rd quarter, volume 23 number 3. [2] Jalham, Issam S., 2005, Process Control and Quality Improvement of Plug – assist Thermoforming Process: a Case Study, JKAU: Eng. Sci., vol 16 no. 1, P. 17-33. [3] Strong, A.Brent. 2006, Plastics: Material and Processing, 3rd ed, Prentice Hall, New Jersey [4] …., Thermoforming, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol.8, John Willey & Sons, Inc., P. 222-251. [5] http://plastics.turkavkaz.ru/processes/thermoforming Vacuum Forming adalah suatu teknik yang digunakan untuk membentuk berbagai plastik. Pada umumnya vacuum forming digunakan untuk membentuk plastik tipis seperti polythene dan perspex, serta digunakan apabila suatu bentuk tidak biasa seperti piring atau suatu bentuk-bentuk yang menyerupai kotak. Material plastik dimasukkan dalam ruang cetakan di atas cetakan bendanya. Kemudian ruangan cetakan dipanaskan sehingga material plastik menjadi lunak. Pada saat material plastik melunak, cetakan bergerak ke atas sehingga material plastik mengenai cetakan. Kemudian bagian bawah cetakan dihisap dengan udara sehingga material plastik akan membentuk benda sesuai dengan cetakan, bisa dilihat padagambar 2.12.
Gambar 2.12. Proses
vacuum forming (http://www.ispitb.org)
BLOW MOLDING Blow molding adalah proses manufaktur plastik untuk membuat produk-produk berongga (botol) dimana parison yang dihasilkan dari proses ekstrusi dikembangkan dalam cetakan oleh tekanan gas. Pada dasarnya blow molding adalah pengembangan dari proses ekstrusi pipa dengan penambahan mekanisme cetakan dan peniupan.
Proses
Parison diekstrusi dari atas ke bawah di antara rongga cetakan (mold) Cetakan menutup sehingga parison terjepit oleh cetakan Parison dikembangkan oleh gas bertekanan tinggi sehingga terdorong ke dinding cetakan dan terbentuk sesuai dengan bentuk rongga cetakan Produk didinginkan dan dikeluarkan dari cetakan
Daftar pustaka
(Inggris) R.J. Crawford (2002). “Plastic Engineering”. Buttenworth-Heinemann ISBN 0-
7506-3764-1 (Inggris) Charles A. Harper (2000). “Modern Plastic Handbook”. McGraw-Hill, ISBN 007-026714-6
Proses pembuatan Botol Galon
Polimer A. Thermoplastic – Dipanaskan meleleh – Didinginkan → kembali kesifat semula Contoh : Polietilen, polipropilen, polistiren B. Thermoset – Dipanaskan meleleh – Didinginkan → tidak kembali kesifat semula Contoh : Poliurethane, epoksi, elastomer Botol GALON 1500 ml Material Produk (Polietilen)
- Memiliki fleksibilitas pada suhu ruang dan suhu rendah - Kedap air - Tahan terhadap zat kimia - Dapat disambung dgn dipanaskan (dipatri) - Dapat berwarna-warni
(Polietilen)
Proses Pembuatan Langkah-Langkah proses Pembuatan
1. Pembuatan cetakan Mengunakkan CNC 2. Proses injeksi plastik cair kedalam cetakan (Injection molding) 3. Proses injeksi ½ jadi (Injection molding) 4. Meniupkan udara kedalam cetakan (blow molding) 5. Pendinginan produk 6. Finishing
Pembuatan Cetakan Dengan Mesin CNC
PROSES PEMBUATAN CETAKAN DI MESIN CNC
Cetakan
PROSES INJECTION MOLDING
PROSES PEMBUATAN BOTOL GALON (BLOW MOLDING)
PROSES PEMBUATAN TUTUP BOTOL GALON (INJECTION MOLDING)
APLIKASI
REFERENSI
- Diktat Proses Produksi 1 - Diktat Material Teknik - Amstead,B,H.Teknologi Mekanik Jilid 1dan2.Penerbit Erlangga, Jakarta. 1992 - Prof. Ir. TATA SURDIA MS.Met.E, Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta.
Proses plastic Injection proses plastic injection paling banyak di gunakan untuk material Thermoplastics, Elastomers dan thermosets pada mesin injecsion.
Blow Moulding Plastic Injecti Prosses 3 tahapan 1.
molding unit
Hasil daya yang digunakan untuk memutar screw pada barel 2.
clamping unit
Mengatur gerakan dari mold unit, serta gerakan ejector saat melepas benda dari molding 3.
injection unit
Bagian yang membentuk benda yang di buat pada mesin, secara
Proses mencetak dan tekanan
Blow Molding Pada prinsipnya blow molding merupakan cara mencetak benda kerja berongga, dengan menggunakan cetakan yang terdiri dari dua belahan mold yang tidak menggunakan inti (core ) sebagai pembentuk rongga. Pada blow molding ini 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 turun dari sebuah extruder head dan setelah cukup panjang akan ditangkap oleh kedua belahan mold dan dijepit. Sedangkan bagian bawahnya akan dimasuki sebuah alat peniup (blow pin ), yang akan menghembuskan udara kedalam pipa plastik yang masih lunak, sehingga pipa plastik tersebut akan mengembang dan
membentuk bangunan seperti bentuk cetakannya. Tebal dinding benda kerja akan menjadi lebih tipis dibanding dengan tebal pipa bahan. Pada gambar 2.10, metode blow molding digunakan untuk membuat bendabenda dan peralatan dari plastik yang berbentuk tabung, seperti botol plastik, kemasan kosmetik dan benda serta peralatan lain yang mempunyai rongga pada bagian dalamnya. Gambar 2.10. Proses
blow molding (http://www.ispitb.org)
