1

Bab I Pendahuluan

I.1 Latar Belakang

Metal injection molding merupakan teknik kompaksi dalam teknologi

metalurgi serbuk untuk membuat produk mentah (green compact). Dibandingkan

dengan teknik produksi lain, metal injection molding unggul dalam hal

kemampuannya untuk menghasilkan kompleksitas geometri produk dan kapasitas

produksi yang tinggi. Namun demikian, proses ini membutuhkan investasi awal yang

cukup besar yaitu untuk pengadaan mesin injeksi, pengadaan tungku, dan pembuatan

cetakan.

Rangkaian proses metal injection molding diawali dengan pembuatan

feedstock. Feedstock adalah bahan masukan mesin injection molding yang berbentuk

pelet, terdiri dari campuran antara serbuk logam dan binder. Umumnya, binder

terdiri dari campuran beberapa jenis polimer dan wax. Binder berfungsi untuk

memberikan sifat mampu alir agar feedstock dapat mengisi rongga cetak pada waktu

proses injeksi berlangsung. Oleh karena itu, proses injeksi harus dilakukan di atas

temperatur leleh binder. Formulasi binder sangat berpengaruh dalam menentukan

kualitas akhir produk hasil cetakan.

Proses selanjutnya adalah proses injection molding dengan menggunakan

mesin injeksi yang biasa digunakan untuk injeksi plastik. Feedstock dimasukkan ke

dalam hoper kemudian didorong dengan mandrel ke arah nozel sambil melewati

beberapa elemen pemanas. Feedstock diinjeksikan melalui nozel ke dalam rongga

cetak dalam keadaan binder telah meleleh. Hasil proses metal injection molding

adalah produk mentah (green compact). Binder yang ada dalam produk mentah hasil

cetakan selanjutnya dikeluarkan dari badan produk dengan proses debinding yang

pada umumnya dilakukan secara termal. Tahap selanjutnya adalah sintering, yaitu

pemanasan pada temperatur tinggi dalam jangka waktu tertentu sehingga terjadi

difusi atom antar partikel yang menyebabkan serbuk logam tersebut dapat berikatan

satu sama lain.

Proses metal injection molding mirip dengan proses injection molding

pada plastik. Pada plastic injection molding, bahan masukan mesin adalah pelet

plastik. Pelet tersebut dipanasi hingga meleleh kemudian diinjeksikan kedalam

2

cetakan. Setelah didinginkan produk dikeluarkan dan diperolehlah produk akhir.

Perbedaan jenis material mentah dan rangkaian proses metal injection molding

menyebabkan proses metal injection molding jauh lebih komplek dibandingkan

dengan plastic injection molding.

Pada percobaan injection molding terhadap tiga jenis feedstock Fe-2%Ni

diketahui bahwa kualitas produk akhir dari ketiga jenis feedstock tersebut berbeda-

beda. Padahal jenis serbuk ketiga jenis feedstock tersebut sama dan diproses dengan

paramater yang sama. Satu feedstock berasal dari Amerika dengan fraksi volume

serbuk terhadap binder 50%:50%. Dua feedstock lainnya berasal dari Korea dengan

fraksi volume serbuk terhadap binder masing-masing 50%:50% dan 49%:51%. Pada

percobaan tersebut, percobaan dengan feedstock produksi Amerika mengalami

kegagalan. Hasil yang paling baik diberikan oleh feedstock produksi Korea dengan

fraksi volume 50%:50%.

Fakta menunjukkan bahwa penggunaan perangkat lunak sangat

bermanfaat dalam perancangan proses plastic injection molding. Teknologi ini

memungkinkan untuk mensimulasikan proses injection molding sehingga dapat

memangkas ongkos pembuatan prototype. Simulasi tersebut memungkinkan untuk

menentukan desain terbaik dengan akurasi prediksi tinggi untuk kemudian diteruskan

ke tahap manufaktur selanjutnya.

Mengingat persamaan-persamaan dalam proses metal injection molding

dengan plastic injection molding maka penggunaan perangkat lunak yang biasanya

digunakan untuk simulasi plastic injection molding untuk mensimulasikan proses

metal injection molding sangat memungkinkan. Dasar pemikiran tersebut adalah

persamaan sifat alir antara lelehan plastik dengan lelehan feedstock pada proses

injeksi. Mesin injeksi yang digunakan pada kedua proses tersebut juga sangat mirip.

Mengingat perangkat lunak yang khusus diperuntukkan untuk metal injection

molding belum tersedia luas di pasaran maka studi mengenai penggunaan perangkat

lunak plastic injection molding untuk simulasi metal injection molding perlu

dilakukan.

3

I.2 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Mempelajari penyebab kegagalan proses injection molding pada salah satu

jenis feedstock Fe-2%Ni dari tiga jenis percobaan injection molding feedstock

Fe-2%Ni yang telah dilaksanakan.

2. Mempelajari kemungkinan penggunaan perangkat lunak komersil simulasi

plastic injection molding untuk mensimulasikan metal injection molding.

I.3 Pembatasan Masalah

Permasalahan dalam penelitian ini dibatasi sebagai berikut :

1. Perangkat lunak yang digunakan adalah Moldflow Plastic Insight 5.0

produksi Moldflow Corporation.

2. Material yang digunakan adalah feedstock Fe-2%Ni dengan jenis dan

komposisi binder tidak diketahui.

3. Simulasi yang dilaksanakan adalah simulasi aliran, packing, dan pendinginan

pada saat proses pencetakan.

I.4 Sistematika Penulisan

Penulisan tesis ini disajikan dalam lima bab yang masing-masing berisi

beberapa sub bab dan sub sub bab. Secara garis besar isi masing-masing bab adalah

sebagai berikut :

Bab satu merupakan pendahuluan yang menerangkan latar belakang,

tujuan penelitian, pembatasan masalah, serta sistematika penulisan laporan penelitian

mengenai analisis feedstock Fe-2%Ni dan studi kemungkinan penerapan perangkat

lunak simulasi plastic injection molding untuk mensimulasikan metal injection

molding ini.

Bab dua berisi teori dasar yang menjelaskan secara singkat mengenai

teknik metal injection molding dan hal-hal penting yang berkaitan dengan

penggunaan perangkat lunak untuk simulasi injection molding. Dalam bab ini juga

dijelaskan dua sifat material lelehan yang paling menentukan keberhasilan proses

injection molding, yaitu sifat rheologis dan hubungan antara tekanan-volume-dan-

temperatur (PVT properties), beserta model matematik dari kedua sifat tersebut.

4

Bab tiga menjelaskan flow chart penelitian yang diikuti dengan

penjelasan detail masing-masing proses. Pokok bahasan yang diulas adalah mengenai

teknik karakterisasi material yang dilakukan dan penjelasan tahap demi tahap

pelaksanaan simulasi.

Bab empat memaparkan data hasil karakterisasi – yang meliputi TGA,

DSC, dan FTIR – serta analisis mengenai kegagalan yang terjadi pada salah satu

jenis feedstock Fe-2%Ni pada proses metal injection molding yang telah

dilaksanakan. Bab ini juga menjelaskan bagaimana fraksinasi komponen binder

dilakukan serta bagaimana data-data input simulasi diperoleh. Pada bagian terakhir

dari bab ini, ditampilkan berbagai hasil simulasi yang telah dilakukan beserta

analisisnya.

Bab lima berisi kesimpulan dari apa yang telah dilakukan dalam

penelitian ini beserta rekomendasi yang bisa diberikan berkaitan dengan

kemungkinan penggunaan perangkat lunak simulasi plastic injection molding untuk

simulasi metal injection molding.