TUGAS AKHIR
PEMBUATAN CETAKAN MELALUI METODE
RAPID TOOLING PADA PEMBENTUKAN
BOLA PLASTIK DENGAN PROSES
ROTATIONAL MOLDING
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh : SETYA BUDI NIM : D 200 11 0139
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi MOTTO
“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan
sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi
orang-orang yang khusyu”
(Q.S Al Baqarah: 45)
“Cintailah apa yang anda kerjakan, jangan hanya mengerjakan apa yang anda cintai saja”
(Setya Budi)
“Orang yang menuntut ilmu berarti menuntut rahmat, orang yang
menuntut ilmu berarti menjalankan rukun islam dan pahala yang diberikan kepada sama dengan para Nabi”
vii
PEMBUATAN CETAKAN MELALUI METODE
RAPID TOOLING
PADA PEMBENTUKAN BOLA PLASTIK
DENGAN PROSES
ROTATIONAL MOLDING
Setya Budi, Bambang Waluyo F., Pramuko IP. Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan , Kartasura Email : setya.zoku@gmail.com
ABSTRAKSI
Mold (cavity) yang selama ini digunakan dalam proses rotational molding terbatas hanya menggunakan bahan dari logam yang memerlukan waktu yang lama dan biaya yang besar. Untuk menekan biaya dan waktu yang lama dalam pembuatan, maka dibutuhkan metode pembuatan mold yang lebih efisien dengan metode rapid tooling. Pembuatan mold dengan metode rapid tooling dilakukan dengan menggunakan bahan utama dari resin (resin tooling) serta dengan cara melelehkan plastik yang kemudian di cetak diatas meja cetakan (3D Printing). Penelitian ini bertujuan untuk meneliti penyusutan, ketebalan, dan cacat produk bola berongga dengan mold yang dibuat dari metode resin tooling dan 3D printing pada proses rotational molding.
Metode penelitian yang digunakan dengan membuat cetakan sebanyak 2 buah, terdiri dari cetakan yang dibuat dengan metode resin tooling yang menggunakan bahan dari resin jenis rencast serta cetakan yang dibuat dengan proses 3D Printing yang menggunakan bahan dari Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). Pengambilan data dilakukan setelah 24 jam proses rotational molding. Pengukuran penyusutan dilakukan dengan mengukur diameter dari produk dan diameter dari cetakan, pengukuran ketebalan dilakukan dengan mengukur bagian dalam produk menggunakan jangka sorong. Pengamatan cacat produk sink mark, flashing, gelembung udara, serta berlubang dilakukan dengan mengamati hasil produk secara makro.
Hasil penelitian dan pengamatan menunjukkan bahwa produk dengan cetakan 3D Printing lebih sedikit penyusutannya. Ketebalan produk dengan cetakan 3D Printing lebih besar disbanding dengan produk cetakan resin tooling. Cacat produk lebih banyak pada produk dengan cetakan dari resin tooling.
Kata- kata kunci : Rotational Molding, Rapid Tooling, Resin Tooling,
viii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Warahmatullah Hiwabarakatu.
Syukur alahamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “PEMBUATAN CETAKAN MELALUI METODE RAPID TOOLING PADA PEMBENTUKAN BOLA PLASTIK DENGAN PROSES ROTATIONAL MOLDING” 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 :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Bambang Waluyo Febriantoko, ST., MT, selaku dosen pembimbing utama yang telah membimbing, mengarahkan, dan memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Pramuko IP, MT., selaku dosen pembimbing kedua yang telah membimbing, mengarahkan, dan memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
ix
6. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberi ilmu pengetahuan kepada penulis selama mengikuti kegiatan kuliah.
7. Ibu tercinta dan almarhum bapak serta keluarga yang setiap waktu selalu mendo’akan, memberikan semangat dan dorongan, serta terima kasih atas semua nasehat, bimbingan dan pengorbananmu selama ini sehingga penulis semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Semua do’a dan kasih sayang yang tulus darimu akan
selalu mengiring langkahku.
8. Therisia Widi Kirana yang selalu memberi semangat dan motivasi semasa kuliah dan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Sugeng, Cahya, Donny, dan Herru selaku tim, terima kasih atas bantuannya dan atas segala suka dan duka selama penyelesaian Tugas Akhir ini, semoga persaudaraan tetap terjaga sampai kapanpun.
10. Saya ucapka terima kasih yang besar kepada seluruh sahabat- sahabat teknik mesin UMS, koperasi mahasiswa UMS, serta gas andventure yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas semua persahabatan ini, semoga kita selalu terjalin silaturahmi. Aamiin.
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.
Wassalamualaikum Warahmatullah Hiwabarakatu
Surakarta, Oktober 2015
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR MOTTO ... vi
ABSTRAKSI ... vii
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR SIMBOL ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Manfaat Penelitian ... 3
1.5. Metode Penulisan ... 4
1.6. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II DASAR TEORI ... 6
2.1. Tinjauan Pustaka ... 6
xi
2.2.3.4. Printer 3D Tipe Fused Deposition
Modelling (FDM) ... 17
2.2.4. Tooling Resin ... 18
2.2.5. Rotational Molding ... 19
2.2.5.1. Proses Rotational Molding ... 20
2.2.5.2. Keuntungan Rotational Molding ... 22
2.2.5.3. Kelemahan Rotational Molding ... 23
2.2.5.4. Perbandingan Putaran ... 24
2.2.6. Plastik ... 25
2.2.6.1. Bahan Thermoplastic ... 26
2.2.6.2. Bahan Thermosetting ... 29
2.2.6.3. Bahan Elastomer ... 30
2.2.6.4. Keuntungan Plastik ... 31
2.2.6.5. Kerugian Plastik ... 31
2.2.7. ABS (Acrylonitrile Butadine Styrene) ... 32
2.2.8. Resin Polyester... 33
2.2.9. Resin Epoxy RenCast ... 34
2.2.10. Cacat Produk... 38
2.2.10.1. Sink mark ... 38
2.2.10.2. Weld Line ... 41
2.2.10.3. Warping... 42
2.2.10.4. Flow Mark ... 43
2.2.10.5. Flashing (Flash) ... 44
2.2.10.6. Penyusutan (Shrinkage) ... 44
2.2.10.7. Gelembung udara (mata ikan) ... 45
2.2.11. Perhitungan volume ... 46
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 48
3.1. Diagram Alir Penelitian ... 48
3.2. Penguraian Diagram Alir ... 49
3.3. Tempat Penelitian Lapangan ... 50
3.4. Proses Pembuatan Cetakan ... 50
xii
3.4.2. Pembuatan mold dengan Printer 3D ... 53
3.4.2.1. Proses pembuatan mold dengan Printer 3D . 54 3.4.3. Pembuatan mold menggunakan metode resin tooling . 55 3.5. Bahan yang Digunakan ... 56
3.5.1. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ... 56
3.5.2. Resin Polyester... 56
3.6. Mesin Rotational Molding ... 57
3.7. Peralatan Pendukung ... 59
3.8. Diagram Alir Proses Pembuatan Produk ... 64
3.9. Waktu Siklus ... 65
3.10 Prosedur Pembuatan Produk ... 66
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 68
4.1. Analisa Penyusutan (shrinkage) Produk Bola ... 68
4.1.1. Produk bola dengan cetakan Printer 3D ... 68
4.1.2. Produk Bola dengan menggunakan resin tooling ... 70
4.2. Analisa Ketebalan Produk Bola ... 72
4.2.1. Produk bola dengan menggunakan cetakan Printer 3D ... 73
4.2.2. Produk bola dengan menggunakan cetakan resin tooling ... 75
4.3. Analisa Cacat Produk ... 78
4.3.1. Pengukuran cacat produk sink mark ... 79
4.3.1. Pengukuran cacat produk gelembung udara pada produk Printer 3D... 81
4.3.1. Pengukuran cacat produk gelembung udara pada produk resin tooling ... 82
BAB V PENUTUP ... 86
5.1. KESIMPULAN ... 86
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Cara Kerja Fused Deposition Modelling (FDM) ... 17
Gambar 2.2 Proses pencetakan Rotational Molding ... 22
Gambar 2.3 Plastik Thermoplastic ... 26
Gambar 2.4 Plastik Thermosetting ... 29
Gambar 2.5 Sink mark ... 39
Gambar 2.6 Weld Line ... 41
Gambar 2.7 Warping... 42
Gambar 2.8 Flow Mark ... 43
Gambar 2.9 Flashing ... 44
Gambar 2.10 Dimensi produk ... 46
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 48
Gambar 3.2 Produk yang direncanakan ... 50
Gambar 3.3 Disain Mold ... 52
Gambar 3.4 Mesin 3D printing merk “Come 3D” ... 53
Gambar 3.5 Parameter Printer 3D sebelum dicetak ... 55
Gambar 3.6 ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ... 56
Gambar 3.7 Resin Polyester ... 57
Gambar 3.8 Instalasi mesin Rotational Molding ... 58
Gambar 3.9 Motor listrik ... 60
Gambar 3.10 Reduser ... 60
Gambar 3.11 Digital Tachometer ... 61
Gambar 3.12 Gergaji ... 61
Gambar 3.13 Stopwatch ... 62
Gambar 3.14 Kunci pas. ... 62
Gambar 3.15 Mistar sorong. ... 63
Gambar 3.16 Timbagan digital ... 63
Gambar 3.17 Grease ... 63
Gambar 3.18 Gelas ukur ... 64
Gambar 3.19 Diagram alir proses pembuatan produk ... 64
xiv
Gambar 3.21 Pandangan Isometri mesin Rotational Molding ... 67
Gambar 3.22 Mesin Rotational Molding ... 67
Gambar 4.1 Pengukuran dimensi produk ... 68
Gambar 4.2 Histogram penyusutan produk bola ... 69
Gambar 4.3 Histogram penyusutan produk bola ... 71
Gambar 4.4 Histogram rata- rata penyusutan produk ... 71
Gambar 4.5 Pengukuran ketebalan bola ... 72
Gambar 4.6 Grafik ketebalan bola 1 cetakan 3D Printing ... 74
Gambar 4.7 Pengukuran ketebalan produk cetakan ... 74
Gambar 4.8 Histogram ketebalan bola cetakan 3D Printing ... 74
Gambar 4.9 Grafik ketebalan bola 1 cetakan Resin Tooling ... 75
Gambar 4.10 Pengukuran ketebalan produk cetakan ... 76
Gambar 4.11 Histogram ketebalan bola cetakan Resin Tooling ... 76
Gambar 4.12 Histogram rata- rata ketebalan bola dengan ... 77
Gambar 4.13 Histogram cacat produk produk bola ... 78
Gambar 4.14 Pengukuran cacat produk sink mark. ... 79
Gambar 4.15 Cacat produk sink mark. ... 80
Gambar 4.16 Pengukuran cacat gelembung udara ... 81
Gambar 4,17 Histogram rata- rata gelembung udara ... 82
Gambar 4.18 Pengukuran cacat gelembung udara ... 82
Gambar 4.19 Histogram rata- rata gelembung udara ... 83
Gambar 4.20 Histogram rata- rata gelembung udara ... 84
Gambar 4.21 Cacat berlubang pada produk bola ... 85
Gambar 4.22 Cacat produk Flashing pada produk bola ... 85
Gambar 4.23 Cacat produk gelembung udara pada produk bola ... 85
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis- jenis Printer 3D ... 16
Tabel 2.2 Melting point Thermoplastic (Schey, J.A. 2009) ... 28
Tabel 2.3 Melting point Thermosetting (Schey. J.A. 2009). ... 31
Tabel 2.4 Nilai penyusutan rotasi molding (Crawford, R.J. 2003). ... 47
Tabel 3.1 Spesifikasi produk yang direncanakan ... 53
Tabel 3.2 Spesifikasi mold ... 53
Tabel 3.3 Spesifikasi mesin Printer 3D ... 55
Tabel 4.1 Data rata- rata penyusutan bola cetakan 3D Printing ... 69
Tabel 4.2 Data rata- rata penyusutan bola cetakan resin tooling ... 70
Tabel 4.3 Data rata- rata ketebalan bola cetakan 3D Prnting ... 73
Tabel 4.4 Data rata- rata ketebalan bola cetakan resin tooling ... 76
Tabel 4.5 Jumlah cacat produk ... 78
Tabel 4.6 Hasil pengukuran cacat produk sink mark ... 80
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Speed Ration = Perbandingan Putaran [Rpm]
Major Axis = Sumbu Utama [Rpm] Minor Axis = Sumbu Kecil [Rpm]
Shrinkage = Penyusutan [%]
Lo = Dimensi Cetakan [mm] L = Dimensi Produk [mm]
V = Volume Produk [cm3] D, d = Diameter [mm]
R, r = Jari-jari [mm]
π =22/7
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Perhitungan Penyusutan (Shrinkage) Pada Proses Rotational Molding.
2. Tabel Hasil Analisa Pengukuran Ketebalan Bola Plastik Pada Proses Rotational Molding.
3. Polyester Typical Properties
4. ABS (Acrylonitrile Butadine Styrene) Typical Properties 5. Rencast dan Ren HY Typical Properties.
