Injection Molding Process merupakan proses yang tampak sederhana. Sebuah cetakan (mold) dibuat untuk membentuk komponen yang akan diproduksi, kemudian plastik cair (molten plastic) diinjeksikan ke dalam cetakan tersebut dan dikeluarkan setelah cukup dingin. Meskipun terlihat sederhana, terdapat beberapa faktor yang membuat proses ini menjadi jauh lebih kompleks, yaitu:
- Karakteristik dasar injection molding, khususnya prinsip-prinsip fisika yang terjadi selama proses berlangsung.
- Sifat atau karakteristik material.
- Kompleksitas geometri cetakan (mold).
- Optimasi dan stabilitas proses.
Dalam injection molding, terdapat dua mekanisme utama perpindahan panas, yaitu konveksi (convection) dan konduksi (conduction). Selama tahap pengisian cetakan (mold filling), material cair (melt) memasuki rongga cetakan (mold cavity), sehingga perpindahan panas akibat aliran material (konveksi) menjadi mekanisme yang paling dominan. Akibat kecepatan injeksi yang sangat tinggi, panas juga dapat dihasilkan melalui viscous dissipation (disipasi viskos). Disipasi viskos bergantung pada tingkat viskositas material dan laju deformasi yang dialami material tersebut. Fenomena ini paling sering terjadi pada sistem runner dan gate karena laju aliran di area tersebut merupakan yang paling tinggi. Namun, kondisi ini juga dapat terjadi di dalam cavity apabila laju aliran cukup tinggi atau material memiliki viskositas yang sangat besar.
Selanjutnya, cetakan (mold) berfungsi sebagai penyerap panas (heat sink), sehingga panas dari material cair dipindahkan melalui mekanisme konduksi ke dinding cetakan dan kemudian diteruskan menuju sistem pendingin (cooling system). Sebagai akibat dari mekanisme perpindahan panas tersebut, terbentuk lapisan tipis material yang telah membeku (frozen layer) ketika material cair bersentuhan dengan dinding cetakan. Bergantung pada laju aliran lokal material cair, frozen layer ini dapat dengan cepat mencapai ketebalan yang stabil (equilibrium thickness) atau terus bertambah tebal sehingga mempersempit jalur aliran material cair yang masuk berikutnya. Kondisi ini sangat memengaruhi besarnya tekanan yang dibutuhkan untuk mengisi cetakan secara penuh.
Setelah proses pengisian selesai, tekanan tetap dipertahankan pada material cair dan tahap packing dimulai. Tujuan tahap packing adalah menambahkan material tambahan untuk mengompensasi penyusutan (shrinkage) yang terjadi ketika material mendingin di dalam cavity. Karena cavity telah terisi penuh, laju aliran massa yang masuk menjadi jauh lebih kecil dibandingkan saat proses pengisian. Oleh karena itu, pengaruh konveksi maupun viscous dissipation menjadi sangat kecil. Selama tahap packing, mekanisme perpindahan panas yang dominan adalah konduksi. Pada saat yang sama, frozen layer terus bertambah tebal hingga komponen memiliki kekakuan mekanis yang cukup untuk dikeluarkan dari cetakan.
Polimer yang digunakan pada Injection Molding Process secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu semikristalin (semicrystalline) dan amorf (amorphous). Kedua jenis material tersebut memiliki perilaku termoreologi (thermorheological behavior) yang kompleks dan sangat memengaruhi keseluruhan proses injection molding. Material termoplastik umumnya menunjukkan sifat aliran viskos yang mengalami shear thinning, yaitu viskositas menurun ketika laju geser meningkat. Selain itu, viskositas material juga dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur (Gambar 7.54). Di samping itu, sifat-sifat termal material juga berubah mengikuti temperatur. Khusus untuk material semikristalin, banyak sifat material yang juga dipengaruhi oleh laju perubahan temperatur. Kompleksitas tambahan dalam simulasi injection molding adalah perlunya memasukkan persamaan keadaan (equation of state) untuk menghitung perubahan densitas sebagai fungsi temperatur dan tekanan. Persamaan keadaan tersebut menghubungkan volume spesifik material (kebalikan dari densitas), tekanan, dan temperatur. Hubungan ini dikenal sebagai karakteristik pvT (pressure-volume-Temperature) material. Karakteristik pvT juga bersifat kompleks dan berbeda-beda tergantung pada jenis material yang digunakan (Gambar 7.55).
Komponen hasil Injection Molding Process umumnya memiliki dinding yang tipis (thin-walled structure) dan dapat memiliki bentuk geometri yang sangat kompleks. Kombinasi antara dinding yang tipis dan kecepatan injeksi yang tinggi menghasilkan laju aliran (flow rate) dan laju geser (shear rate) yang sangat besar. Kondisi tersebut, dipadukan dengan karakteristik viskositas material yang kompleks, menyebabkan terjadinya variasi viskositas material yang cukup besar sehingga menghasilkan pola pengisian (fill pattern) yang berbeda-beda. Cetakan (mold) memiliki dua fungsi utama dalam injection molding. Fungsi pertama adalah membentuk geometri komponen yang akan diproduksi. Fungsi kedua adalah membuang panas dari cetakan secepat mungkin. Dalam praktiknya, cetakan injection molding sering kali merupakan mekanisme yang kompleks karena dilengkapi dengan moving core dan sistem ejection. Kompleksitas tersebut memengaruhi posisi saluran pendingin (cooling channel), yang selanjutnya dapat menyebabkan variasi temperatur pada cetakan. Perbedaan temperatur cetakan ini kemudian memengaruhi viskositas material, sehingga akhirnya memengaruhi karakteristik aliran material selama proses pengisian.
Dalam proses produksi, kondisi operasi yang mampu menghasilkan produk dengan kualitas yang memenuhi spesifikasi tidak selalu stabil. Artinya, penyimpangan kecil terhadap kondisi proses yang telah ditentukan dapat memberikan dampak yang sangat besar terhadap kualitas produk yang dihasilkan.
Faktor-faktor yang telah dijelaskan sebelumnya menyebabkan injection molding memiliki tingkat kompleksitas yang lebih tinggi dibandingkan proses pembentukan plastik lainnya. Selain itu, biaya pembuatan cetakan (tooling) untuk injection molding juga sangat mahal, bahkan jauh lebih tinggi dibandingkan biaya pembuatan cetakan pada proses blow molding maupun extrusion. Seluruh aspek tersebut menjadikan injection molding sebagai salah satu proses yang paling ideal untuk dilakukan simulasi. Simulasi injection molding memberikan Return on Investment (ROI) yang lebih tinggi dibandingkan simulasi pada proses pembentukan plastik lainnya. Oleh karena itu, pada bagian ini pembahasan akan difokuskan pada injection molding. (PIC: Aditia N.) #bumimulia #palletplastic #plastikpalet #recycleplastic #higienis #extrusionblowmolding #injectionstretchblow #injectionmolding #extrusiontube #printingtube #shrinklabel #labellingmachine
Source: Modern Plastics Handbook (Charles A. Harper)