Zaman yang kita jalani saat ini sering disebut sebagai “Era Komputer.” Namun, zaman ini juga dapat disebut sebagai “Era Plastik,” karena produksi plastik (berdasarkan volume) telah melampaui baja sejak tahun 1979. Bahkan, volume produksi plastik telah meningkat lebih dari dua kali lipat dalam 20 tahun terakhir. Meskipun demikian, sebagian besar lulusan dari universitas teknik umumnya belum siap untuk merancang produk berbahan plastik. Oleh karena itu, para insinyur sering kali harus mempelajari teknik plastik secara mandiri, sering melalui proses coba-coba.
Sayangnya, cara belajar seperti ini dapat menimbulkan biaya yang besar—baik bagi perusahaan maupun karier individu tersebut. Upaya pertama, kedua, bahkan ketiga dan keempat bisa berakhir dengan kegagalan. Hal ini karena perancangan plastik lebih kompleks dan memakan waktu dibandingkan dengan perancangan menggunakan logam. Ada beberapa alasan untuk hal ini, yang berkaitan dengan proses manufaktur plastik, tooling (cetakan) yang digunakan, serta sifat dasar material plastik itu sendiri.
Berbeda dengan logam, sifat-sifat sebagian besar plastik dapat berubah secara signifikan dalam rentang suhu operasi normal. Sebagai contoh, suatu material acrylonitrile butadiene styrene (ABS) dengan kekuatan tarik 5500 lb/in² pada suhu ruang dapat turun menjadi 2800 lb/in² pada suhu 125°F. Sifat lainnya juga terpengaruh, misalnya tingkat kerapuhan meningkat saat suhu menurun.
Apa arti hal ini bagi insinyur desain? Pada dasarnya, ini berarti pekerjaan menjadi lebih banyak. Berbagai sifat penting harus dianalisis pada kedua ekstrem rentang suhu penggunaan. Selain itu, parameter desain harus dieksplorasi lebih mendalam. Tidak bisa diasumsikan bahwa produk akan tetap aman saat mengalami suhu ekstrem selama proses pembersihan, pengiriman, atau penyimpanan.
Paparan lain juga dapat menimbulkan masalah pada komponen plastik. Sinar ultraviolet dapat menyebabkan atau mempercepat degradasi kimia pada banyak resin. Plastik juga rentan terhadap serangan berbagai bahan kimia, terutama dalam konsentrasi tinggi. Beberapa bahkan terpengaruh oleh air, dan ada satu jenis, yaitu polyvinyl acetate, yang dapat larut dalam air.
Insinyur biasanya ingin menghitung nilai performa menggunakan metode konvensional. Namun, perhitungan ini sering kali tidak sepenuhnya valid. Bukan karena hukum fisika berbeda untuk plastik, tetapi karena data yang digunakan tidak selalu cukup andal untuk perhitungan akurat.
Hal ini bukan berarti adanya kesalahan dari para penguji, melainkan karena spesimen uji standar dan kondisi pengujian sangat terbatas dan sering kali berbeda jauh dari kondisi nyata yang dialami produk. Nilai sifat plastik dapat bervariasi tergantung pada proses, sistem gating, ketebalan dinding, laju pembebanan, dan faktor lainnya. Bahkan dalam prosedur pengujian sendiri terdapat variasi yang dapat memengaruhi hasil. Oleh karena itu, data sheet biasanya digunakan lebih untuk perbandingan dalam pemilihan material.
Penting bagi insinyur desain untuk memahami hal ini ketika menggunakan data secara empiris. Faktor keamanan yang besar biasanya digunakan. Jika dibutuhkan presisi lebih tinggi, material yang diusulkan dapat diuji secara khusus sesuai kondisi aplikasi sebenarnya. Jika potensi pasar cukup besar, produsen resin mungkin bersedia melakukan pengujian tersebut dengan biaya mereka. Jika tidak, biaya tersebut menjadi tanggung jawab produsen produk.
Rentang kekakuan (stiffness) plastik yang relatif rendah, ditambah upaya untuk menggunakan ketebalan dinding seminimal mungkin, membuat geometri sangat berpengaruh. Kekakuan produk sulit diprediksi secara akurat kecuali melalui perbandingan dengan desain serupa. Meskipun perhitungan konvensional dapat memberikan estimasi, kekakuan sebenarnya baru diketahui setelah produk pertama dibuat. Bahkan hasil analisis elemen hingga (FEA) juga dipengaruhi oleh banyak variabel. Untungnya, variasi komposisi dalam satu jenis resin memungkinkan penyesuaian kekakuan dalam batas tertentu. Banyak insinyur juga menunda penambahan rib hingga produk awal diuji.
Bahkan jika material mempertahankan sifatnya secara konsisten dan data benar-benar akurat, performa produk tetap dapat bervariasi. Hal ini karena proses plastik sangat dipengaruhi oleh kualitas tooling dan parameter proses.
Meski demikian, keberhasilan desain produk plastik terbukti dari banyaknya produk di pasar. Namun jelas bahwa desain plastik memerlukan usaha lebih besar dan hasil awal sulit diprediksi secara sempurna. Oleh karena itu, prototipe sering dibuat.
Menggunakan sampel fabrikasi sebelum membuat tooling memang menggoda, tetapi hasil uji sering berbeda dengan produk hasil proses sebenarnya. Insinyur plastik berpengalaman bahkan sering sengaja membuat desain awal yang “kurang” (underdesign), lalu menambah material sedikit demi sedikit melalui cetakan prototipe untuk menemukan ketebalan minimum yang masih aman. Pendekatan ini juga memungkinkan pengujian struktur keseluruhan, di mana bagian-bagian saling memperkuat.
Pendekatan Desain Holistik
Ada empat elemen utama dalam produk plastik yang sukses: pemilihan material, desain produk, tooling, dan proses manufaktur. Umumnya, desainer produk hanya kuat di desain bentuk, tetapi kurang memahami aspek lainnya. Hal ini menyebabkan produk menjadi lebih mahal dan sulit diproduksi.
Beberapa perusahaan mengatasi hal ini dengan tim multidisiplin, namun tim seperti ini sering tidak efektif karena keterbatasan waktu dan keahlian. Idealnya, seorang desainer memahami semua aspek tersebut sehingga dapat merancang secara menyeluruh—disebut pendekatan desain holistik.
Contoh Tutup Botol
Sebagai contoh, tutup botol kosmetik harus mampu menutup rapat untuk melindungi isi. Biasanya menggunakan ulir (thread) untuk menciptakan tekanan dan menghasilkan seal.
Proses yang umum digunakan adalah injection molding, karena lebih cepat dibandingkan compression atau transfer molding.
Dalam aplikasi ini, suhu ekstrem biasanya terjadi saat transportasi atau pencucian. Hal ini masih dalam batas kemampuan banyak plastik, tetapi ekspansi termal harus diperhatikan agar tutup tidak longgar atau retak. Selain itu, tutup tidak boleh mengalami relaksasi tegangan, tidak boleh menimbulkan bau, harus tahan bahan kimia isi, dan memiliki tampilan (misalnya glossy).
Pemilihan material juga dipengaruhi metode pelepasan dari mold: apakah ulir dilepas dengan cara “strip,” “unscrew,” atau menggunakan collapsing core. Metode strip lebih murah dan cepat, tetapi membutuhkan material yang cukup fleksibel.
Sebagai contoh, jika menggunakan akrilik (untuk tampilan glossy), material ini terlalu kaku untuk metode strip sehingga harus menggunakan mekanisme unscrew. Namun metode ini mahal, membutuhkan ruang lebih besar, memperlambat siklus, dan meningkatkan biaya produksi.
Alternatifnya adalah collapsing core, tetapi biayanya lebih tinggi dan perawatannya lebih kompleks.
Pertimbangan Dasar Desain
Untuk menghindari kegagalan desain, penting mengetahui semua kondisi yang akan dialami produk sepanjang siklus hidupnya. Berdasarkan informasi tersebut, desainer dapat menentukan apakah desain, material, proses, dan tooling sudah sesuai.
Namun, risiko tetap ada karena tidak semua kondisi dapat diprediksi. Semakin besar risiko kegagalan, semakin besar pula faktor keamanan dan pengujian yang diperlukan.
Sebagian besar kegagalan struktur terjadi karena kondisi yang tidak diantisipasi. Oleh karena itu, langkah pertama adalah menentukan parameter desain melalui analisis semua kondisi yang mungkin terjadi, biasanya menggunakan checklist.
Kondisi ini tidak hanya saat penggunaan, tetapi juga saat transportasi, penyimpanan, pembersihan, bahkan pengujian. Misalnya, produk bisa mengalami suhu tinggi di dalam kontainer pengiriman atau terkena bahan kimia saat proses pembersihan.
Paparan lingkungan seperti sinar UV, bahan kimia, dan kondisi luar ruangan juga sangat memengaruhi plastik. Oleh karena itu, faktor lingkungan harus dianalisis dengan detail.
Selain itu, aspek lain seperti kebutuhan mekanik, tampilan, perakitan, dan volume produksi juga memengaruhi desain dan biaya. Kadang, peningkatan spesifikasi yang tidak perlu justru menyebabkan biaya lebih tinggi atau bahkan membuat plastik tidak cocok digunakan. (by : niginashq) #plasticpallet #plasticrecycle #bumimulia #paletplastik #blowmolding #injectionmolding #injectionstretchblowmolding #molding #extrusion #extrusionprocess #thermoset
Source : Modern Plastic Handbook (Charles A. Harper)