Mokh. SuefYudha Prasetyawan

PROSES MANUFAKTURApa yang disebut dengan manufaktur?Masih ingatkah dengan perbedaan antara industri jasa dan industri manufaktur (atau belum tahu??)Bagaimana industri manufaktur dapat menghasilkan produk-nya?Tahapan lengkap apa yang sudah kita ketahui sebagai calon Sarjana TI tentang bagaimana produk dibuat dan sampai ke tangan customer

Customer OrderOrder FulfilmentPROSES MANUFAKTUR

MATERI KULIAHProses-proses pembuatan produk manufaktur mulai dari proses pengecoran, pembentukan hingga finishing. Selanjutnya dibahas pula tentang metalurgi serbuk, proses manufaktur untuk bahan baku plastik, dan non tradisional proses permesinan seperti kimiawi, elektrokimia, water jet, microwave dan micromachining

TUJUAN KOMPETENSI1. Mahasiswa mampu memahami dasar-dasar proses pengecoran, permesinan dan pembentukan (proses manufaktur tradisional) produk khususnya berbahan baku logam dan plastik 2. Mahasiswa mampu memahami proses manufaktur (non tradisional) modern sebagai pengembangan proses manufaktur tradisional 3. Mahasiswa mampu memahami kelebihan dan kekurangan dari masing-masing proses manufaktur 4. Mahasiswa mampu mencari, mengumpulkan dan memahami data-data teknologi proses manufaktur 5. Mahasiswa mampu menganalisa kebutuhan proses manufaktur dari sebuah produk berbahan logam dan plastik

PROSES MANUFAKTURTRADISIONALPROSES MANUFAKTURMODERNNON TRADITIONAL MACHININGADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGYKELEBIHAN DAN KEKURANGANSETIAP JENIS PROSES/TEKNOLOGIPENGUMPULAN/PENGGALIANDATA SPESIFIKASI/KEMAMPUANPROSES/TEKNOLOGIANALISAKEBUTUHANPROSESDARISEBUAHPRODUK

RESEARCHROADMAP

MANUFACTURINGSYSTEM

RELIABILITYENGINEERING

QUALITY

COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING

SUSTAINABLEMANUFACTURING

QFD & CE

DFX

SAFETY

WARRANTY

MAINTANANCE

QUALITYMANAGEMENT IN ACTION

QUALITY MANAGEMENT TOOLS

QUALITYMANAGEMENT SYSTEM

PROCESSAUTOMATION

PROCESSOPTIMIZATION

MANUFACTURING SYSTEM DESIGN

CLEANERPRODUCTION SYSTEM

CAD/CAM,CAE

ROBOTIC

CONTROL SYSTEM

PRODUCTIVITY

LAYOUT DESIGN

MANUFACTURINGSYSTEM

MATERIBerisi pemahaman dasar tentang proses manufaktur, terutama dalam proses pengecoran, proses pembentukan dan proses permesinan secara konvensional maupun modern. Sebagai tambahan diberikan wawasan tentang rapid prototypingSesi PertamaGambaran umum proses manufakturProses manufaktur konvensionalSesi ke DuaProses manufaktur modernRapid Prototyping

GAMBARAN UMUMPROSES MANUFAKTURDitinjau dari aktivitas pembuatan produk, beberapa literatur menuliskan bahwa industri manufaktur dimulai sekitar 5000-4000 SM (dibuatnya ornamen dari kayu, keramik atau batu serta logam)Istilah manufaktur berasal dari bahasa Latin, manu factus yang artinya dibuat dengan tangan. Mengingat keterbatasan tenaga manusia sehingga pada perkembangannya, tenaga dari hewan dan air digunakan untuk menggerakan roda. Tahun 1567 muncul istilah manufacture dan kemudian tahun 1683 muncul istilah manufacturing, yang diartikan sebagai aktivitas pembuatan produk dari bahan-baku menggunakan berbagai macam proses, mesin dan operasi, dan diorganisasikan untuk mencapai tujuan tertentu.

Perkembangan proses manufaktur modern dimulai sekitar tahun 1800. Perang sipil membuat banyak kemajuan proses manufaktur di Amerika. Ekperimen dan analisa pertama dalam proses manufaktur dibuat oleh Fred W. Tailor ketika memerbitkan tulisan tentang pemotongan logam yang merupakan dasar dari proses manufaktur. Kemudian Myron L. Begemen memberikan lanjutan pengembangan proses manufaktur. Tahapan dalam proses manufaktur

KLASIFIKASI METODEProses pengubahan bentuk bahan baku Pengecoran (cetak dan tuang) Pembentukan (hot and cold working) Pemrosesan dengan serbuk Proses Pemesinan (Pemotongan) Pemesinan tradisional (chip removal) Pemesinan non-tradisional Proses pengerjaan akhir Chip removal Polishing Pelapisan Proses Penyambungan Proses pengubahan sifat fisik

TUJUAN DASARProduk mencapai spesifikasi rancangan produk. Metode yang digunakan paling ekonomis Kualitas produk menjadi tujuan, mulai dari perancangan, proses, perakitan sampai pengujian. Metode produksi harus fleksibel dalam merespon pasar (variasi, laju, jumlah dan waktu) Pengembangan teknologi dan aktivitas manajerial diarahkan pada pertimbangan waktu dan ekonomis. Aktivitas manufaktur dapat dimodelkan (pendekatan sistem global) terhadap pengaruh dari faktor-faktor seperti permintaan pasar, material, dan macam-macam variasi biaya dan metode produksi. Industri manufaktur harus selalu meningkatkan produktivitas, dalam pengertian optimum terhadap penggunaaan input produksi dan teknologi. Sehingga dicapai harga keluaran per jam-orang maksimum.

PERTIMBANGAN PROSESFungsi produk Jumlah produk Metode produksi Kualitas produk Bahan baku Fasilitas produksi Biaya

AKTIVITAS PERANCANGAN PROSESAnalisa spesifikasi Analisa membuat-membeli Pemilihan bahan Pemilihan proses manufaktur Analisa dimensi produk Penentuan operasi manufaktur Pemilihan fasilitas produksi Penetapkan urutan operasi manufaktur

RINCIAN AKTIVITASPERANCANGAN PROSESPengumpulan data Gambar kerja ( bill of material, dan spesifikasi produk) Jumlah produk, Laju produksi, Tanggal penyerahan produk Ketersediaan komponen (beli atau buat) Analisa gambar kerja per komponen Karakteristik komponen (material, urutan proses dan laju produksi) Operasi perakitan antar komponen, Analisa suaian, Alternatif bahan & prosesPenyusunan urutan proses, dengan memperhatikan ; Prioritas & efisiensiRincian peralatan dan perkakas Daftar peralatan / mesin, Daftar perkakas dan alat ukur Perkiraan ongkos produksi tiap alternatif Biaya tahunan, Pendapatan atas investasi Ukuran kelayakan, Biaya per satuan produk

PROSES PENGECORAN DENGAN CETAKAN PASIRJenis pengecoran expendable yang paling umum dan sering digunakan, karena:Bisa digunakan untuk logam logam dengan melting point yang sangat tinggiTidak dibatasi oleh kesulitan berkenaan dengan ukuran cetakanHampir semua pengecoran dengan logam paduan bisa dibentuk oleh cetakan ini.Proses pada sand casting meliputi heating - pouring solidification remove the cast dan proses metalurgi untuk penyempurnaan. Cetakan itu sendiri paada proses pemindahan hasil coran harus dikorbankan (sehingga expendable). Cetakan juga dapat diberi core kalau jika diperlukan lubang dalam hasil coran

PROSES PENGECORAN DENGAN CETAKAN SEKALI PAKAI LAINNYAShell MouldingTerbuat dari kulit dengan tebal 3/8 inchi dan merupakan paduan dari pasir dengan thermosetting resin binder. Keuntungan dari penggunaan ini adalah akurasi serta finishing yang bagus. Selain itu collapsbility dari shell moulding juga cukup bagusKelemahannya terletak pada mahalnya biaya pembuatan pattern.Vacuum MouldingDengan kombinasi pasir dan tekanan udara. Keuntungannya, pasir yang telah digunakan tidak perlu di-recovery dan langsung bisa digunakan sebagai cetakan lagi. Investment CastingPenambahan lilin sebagai pelapis dimana lilin kemudian dipindahkan dari cetakan saat terkadi penuangan. Yang dimaksud sebagai investment disini adalah penambahan lilin sebagai pelapis. Keuntungannya adalah akurasi yang dihasilkan dari cetakan akan sangat tinggi sehingga toleransi sangat minim, tanpa proses machining tambahan, dan kehalusan permukaan finishing yang baik. Plester mold and ceramic mold castingBahan yang digunakan untuk plastic mold casting adalah plaster Paris (2 CaSO4 H20). Ada penambahan beberapa aditif seperti tepung silica dan talc guna mengontrol terjadinya konstraksi, mereduksi cracking, dan meningkatkan kekuatan.Kerugian penggunaan metode cetakan ini adalah permeabilitynya rendah.Plaster mold tidak bisa dipergunakan untuk logam coran yang bersuhu tinggi, hanya terbatas pada suhu yang tidak terlalu tinggi seperti alumunium. Keuntungan dari proses ini adalah keakuratan, permukaan finishing yang halus, dan kemudahan membuat bentuk silang tipis pada coran

PROSES PENGECORAN DENGAN CETAKAN PERMANENBasic Permanent Mold CastingBentuk dasar dari permanen mold casting adalah adanya pembagian bentuk cetakan menjadi 2 belahan/bagian yang presisi dan memberikan kemudahan untuk dibuka maupun ditutup. Posisi inti juga diharapkan mudah dipindahkan dari hasil coran. Untuk cetakan biasanya dibuat dari baja atau cast iron (besi tuang) karena alasan kekerasan. Inti juga hendaknya dibuat dari logam yang sejenis, tapi tetap harus dipertimbangkan syarat diatas yaotu kemudahan dipindahkan apabila hasil coran siap diambil dari cetakan. Variasi pada permanen mold castSlush Casting, Lower preassure casting, Vacuum Permanent Mold castingDie castingDikenal sebagai die casting karena menggunakan logam khusus sebagai cetakan yang dikenal dengan sebutan dies.Pengisian cairan logam ke dalam cetakan pada proses ini menggunakan mesin tekanan tinggi sehingga coran yang dihasilkan punya permukaan yang sehalus dengan cetakan yang dipergunakan. Sehingga otomatis finishing tidak terlalu diperlukan disini. Keuntungan: Tidak memerlukan proses permesinan selanjutnya,presisi,cocok untuk produksi masalKerugian: Harga mesin dan cetakan mahal,kurang ekonomis untuk volume produksi rendah, umur cetakan logam berkurang dengan naiknya suhu logamCentrifugal castingPada proses in, cara penuangannya adalah dengan cara bagian tengah cetakan dihubungkan secara radial dengan bagian tengah gaya sentrifugal yang bekerja pada logam cair, sehingga menghasilkan benda coran yang padat.Metode ini dapat digunakan baik untuk membentuk simetris maupun bentuk tidak tertentu tapi tetap yang simple. Contoh produk coran yang dibuat oleh metode ini adalah tengkorak, model manusia, dan lainnya.

BAHAN LOGAM UNTUK PENGECORAN

Ferrous casting alloysCast Iron (besi tuang) : contohnya adalah Besi Tuang kelabu, besi tuang nodular, besi tuang putih, malleable cast iron, dan alloy cast ironSteel (baja)Non Ferrous casting alloysAllumunium alloysMagnesium alloysCopper alloysTin- based alloysZinc alloysNickel alloysTitanium alloys

PERTIMBANGAN DESAIN PRODUK

Kemudahan bentuk geometri : semakin simple dan mudah, semakin banyak pilihan proses yang memungkinkan Pojok : Sudut di pojok dan sudut sudutt karena akan mengakibatkan konsentrasi tegangan di titik-titik tersebutSection thickness : harus diperhatikan guna menghindari shrinkage cavityPenggunaan core/intiAdanya draft guna keperluan standarisasiToleransi dimensi dan batasan allowance pada proses permesinan.

PROSES PEMBENTUKANProses pembentukan panas (hot-working)Proses perubahan bentuk secara plastis dari logam yang dilakukan pada saat logam tersebut mencapai di atas suhu rekristalisasi. Proses pembentukan dingin (cold-working)Perubahan bentuk logam dengan temperatur dibawah suhu rekristalisasi.Dalam banyak kasus pembentukan ini dilakukan dalam temperatur kamar. Meskipun begitu, proses pembentukan dingin dapat dilakukan dalam suhu yang lebih tinggi, akan tetapi tetap dilakukan dibawah suhu rekristalisasi. Contohnya magnesium, pembentukan dingin terhadap material ini adalah dengan frekuensi suhu 300 - 400 F.

RAGAM PROSES HOT-WORKINGROLLING/PENGGILINGAN FORGING/TEMPA EKSTRUSI PEMBUATAN PIPA DAN TABUNG PIERCING HOT DRAWING

RAGAM PROSES COLD-WORKINGSQUEZING ATAU RADIAL FORGING BENDING SHEARING DRAWING HIGH ENERGY RATE FORMING (HERF) Riveting (paku keling)

POWDER METALURGYProses pembuatan part/produk dari serbuk logam melalui penekanan dengan pemanasan sampai pada suhu di bawah titik cair serbukMetalurgi serbuk atau sintering process, mulai dikenal sebagai salah satu proses pembuatan benda mulai sekitar tahun 1930 dengan hasil produk tungsten carbide tip untuk pahat potong dan self lubricating porous bronze bearing. Pada proses ini, pemanasan diberikan dibawah temperatur cair logam sampai mencapai daerah tertentu, sehingga bila ditekan serbuk logam panas ini akan saling mengikat dengan baik. Material yang dipakai dibedakan menjadi dua macam, yaitu bahan pengikat dan serbuk logam.

LANGKAH-LANGKAH PROSESPembuatan Serbuk Logam yang akan disinterProses PencampuranProses PembentukanProsesSinteringProsesPenyelesaian

PROSES PERMESINANProses pemesinan (machining) merupakan proses pembuatan benda kerja melalui proses perautan dengan menggunakan mesin-mesin perkakas dimana terjadi gerakan relatif antara pahat potong dan benda kerja. Pahat yang bergerak relatif terhadap benda kerja akan menghasilkan geram selanjutnya permukaan benda kerja secara bertahap akan terbentuk menjadi komponen yang dikehendaki. Pahat bermata potong tunggal (single point cutting tools) Pahat bermata potong jamak (multiple points cutting tools)

ELEMEN DASAR PROSES PEMOTONGANKecepatan potong (cutting speed): v (m/min)Kecepatan makan (feeding speed): vf (mm/min)Kedalaman potong (depth of cut): a (mm)Waktu pemotongan (cutting time): tc (min)Kecepatan penghasilan geram (rate of metal removal): Z (cm3 / min)

BUBUT (TURNING)Pada proses membubut (turning), benda kerja dipegang oleh pencekam yang dipasangkan diujung poros utama (chuck). Dengan mengatur lengan pengatur yang terdapat pada sisi muka kepala diam, putaran poros utama umumnya (n) dapat dipilih. Harga putaran poros utama umumnya dibuat bertingkat, dengan aturan yang telah distandarkan, misalkan : 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, dan 2000 rpm.

FREIS (MILING)Pahat freis termasuk bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama dengan jumlah gigi freis (z). Sesuai dengan jenis pahat yang digunakan, dikenal dua macam cara yaitu yaitu mengefreis datar (slab milling) dengan sumbu putaran pahat freis selubung sejajar permukaan benda kerja, dan mengefreis tegak (face milling) dengan sumbu putaran pahat freis muka tegak lurus permukaan benda kerja. Mengefreis datar dibedakan menjadi dua macam, yaitu mengefreis naik (up milling/convention milling) dan mengefreis turun (down milling).

MESIN TURNING & MILING CNCPerbedaan antara mesin CNC dan mesin bubut manual adalah bahwa pergerakkan sumbu mesin CNC dikontrol oleh komputerKomputer dapat mengendalikan pergerakan dalam 2 arah turning (X dan Z) atau 3 arah miling (X,Y,Z) pada satu waktu. Artinya mesin CNC mampu menggerakkan pahat potong pada berbagai macam sudut karena terdapat gerakan sesuai garis lurus dan busurMesin CNC tidak perlu hand wheel untuk mengendalikan pergerakan sumbuMesin Turning CNCMesin Miling CNC

COMPUTER NUMERICAL CONTROL (CNC)CNC merupakan sebuah sistem dimana pahat potong mesin bekerja sesuai dengan instruksi dari komputer bukan dari operator. Jauh sebelum penemuan komputer, kebutuhan akan mesin otomatis telah muncul. Pada tahun 1725, mesin otomatis pertama ditemukan. Mesin otomatis ini adalah mesin knitting. Tipe dari mesin otomatis ini diketahui sebagai mesin Numerically Controlled (NC).

PROGRAM CNCPerintah - perintah yang digunakan programmer untuk berkomunikasi dengan pengendali CNC dan mesin bubut dikenal sebagai kode G dan kode M. Programer memakai sistem koordinat untuk menata letak dan merencanakan program. Pada mesin CNC, benda kerja dan pahat potong bergerak sepanjang pola yang diindikasikan oleh koordinat. Program CNC adalah satu kumpulan instruksi yang mengiformasikan kepada pahat seberapa jauh dan seberapa cepat untuk bergerak, kapan melakukan penggantian mata pahat dan kapan memutarkan spindle dan kapan sebuah program berakhir. Pengendali mesin CNC tidak mengerti tentang bahasa manusia, sehingga harus menggunakan bahasa pemrograman untuk berkomunikasi dengan pengendali.

FORMAT PROGRAM CNC contDalam Word address format, setiap huruf memiliki arti khusus dan nilai kombinasi dari tiap angka berhubungan dengan huruf, contoh: N10 G20 G98 N20 M06 T1 N30 M03 S100 N40 G00 X1.5 Z.125 N50 G01 X1.375 F3 N60 G01 Z-2.5 N70 G01 X1.5 N80 G00 Z.125 N90 M05 N100 M30

MICROWAVE SPECTRUM

INDUSTRIAL FREQUENCIESThe following frequencies are allocated for industrial process;915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz and 24.125 GHzThey are called the Industrial Scientific Medical frequencies (ISM). Other parts of the spectrum are allocated to telecommunications, TV, Radio, Radio astronomy and Radar. The purpose of the strict allocation of ISM frequencies is to prevent interference with the other users of the spectrum.

Classification

Frequency (Hz)

Wavelength (m)

Radio

300.0E+6

1.0E+0

Microwave

300.0E+6

1.0E+0

30.0E+9

10.0E-3

Millimetre wave

30.0E+9

10.0E-3

3.0E+12

100.0E-6

Infra-Red

3.0E+12

100.0E-6

430.0E+12

697.7E-9

Visible

430.0E+12

697.7E-9

750.0E+12

400.0E-9

Ultra-Violet

750.0E+12

400.0E-9

300.0E+15

1.0E-9

Ionising

X-Rays

300.0E+15

1.0E-9

30.0E+18

10.0E-12

Gamma Rays

30.0E+18

10.0E-12

Microwave Power

ABRASIVE WATER JET & WATER JETHigh-Pressure Water Jet Generation System Water preparation unit Pumping and accessories High-pressure plumbingThe cutting headNozzle assembly Motion control system Bulk abrasive transfer and metering systemThe receiver

Schematic (OMAX)

LightAmplification byStimulated Emission ofRadiationLasers come in a great variety of forms,using many different materials, many different systems and many different excitation mechanismsLASER MANUFACTURING PROCESSA device that amplifies light

PROSES LASER

Laser sources used for materials processingOf the many laser sources discoveredover the years the dominant lasers inMaterials processing:

Carbon dioxide laser Nd:YAG laser Diode laser Disc laser Fibre laser

Stationary-workpiece CO2 laser cutting systemCNC based systems Accuracy and precision Large processing envelopes High speed (100 m/min, 1G) High cost ( $ 0.5 M to $ 1M)

5 axis CO2 laser processing system

Robotic laser cutting and welding Robot based systems Limited processing envelope Flexibility ( 6 axis processing ) Low cost Lower processing speed ( ~ 3 m/min) Path accuracy a problem

LASER MICROMACHININGMany of products developments were made for bring more functions into a single product. The first generation of mobile phone only perform single function as a communication device, but then it has been developed to bring more functions such as radio player, songs player (like MP3 format), camera and even movie recorder. Thus the radio, tape, camera and movie recorder electronic devices will be scaled into a very small size of a mobile phone. Similarly, other electronic application such as sensor is also being developed in smaller and smaller size to gain its faster performance and power consumption reduction. Therefore, the machining is not a millimeter size anymore but requires micro size and tolerance machined components. However, electronic application is not the only benefits of micromachining technology, since miniaturization is also needed by medical, chemistry, physics and military area.

LASER MICROMACHINING (2)Minimizing material consumption Arrays and redundancySimplify a system and electronics integration Increased selectivity and sensitivityWider dynamic rangeNew effects exploitation through the breakdown of continuum theory in the microdomainImproved reproducibilityImproved accuracy and reliability

PRODUCT DEMAND

RAPID PROTOTYPING

RAPID PROTOTYPING CLASSIFICATION

RAPID PROTOTYPING CLASSIFICATION

RAPID PROTOTYPING CLASSIFICATION

Referensi

Kalpakjian, Seroke, Manufacturing Engineering and Technology, Third Edition, Addison-Wesley Pub Company, 1995 Amited, B. M., P. F. Ostwald, M. L. Bagenan, Manufacturing Processes, Seventh Edition, John Wiley and Sons, 1979 Schey, John A., Introduction to Manufacturing Processes, Second Edition, Mc Graw Hill Book Co., 1987 Taufik, Rochim, Teori dan Teknologi Proses Permesinan, Teknik Mesin - Institut Teknologi Bandung, 1985 Ostwald, Philip F., Manufacturing Process and System, John Wiley and Sons, 1997 C.K, Chua, K.F., Leong, & C.S. Lim, Rapid Prototyping: Principles & Applications, 2nd edition, 2004 (Computer Aided Learning Material)Masood, S.H, Advanced CAD/CAM Lecture Notes, Swinburne University of Technology, Melbourne, 2005Brandt, Milan, et.al, Advanced Manufacturing Process Lecture Notes, Swinburne University of Technology, Melbourne, 2005

*