Mesining Plastik Optimalisasi Cutting Tools

Pencapaian produktifitas menjadi penting, karena menentukan profit yang bisa dicapai. Tetapi untuk mendapatkan produktifitas optimal, dua hal penting mesti dilakukan. Pertama proses harus berlangsung dengan cepat dan efisien. Kedua hasil outputnya acceptable (dapat diterima). Untuk mendapatkan kualitas hasil produksi yang bisa diterima, beberapa faktor harus diperhatikan yaitu tipe plastik yang akan di cutting, peralatan cutting (tools) dan desain, ketahanan aus peralatan, dan juga fixturing dan colleting.

Cutting tool material

Ada empat grup tool material yang dipertimbangkan untuk analisis : high speed steel (HSS), carbide, ceramic dan diamond.

High-speed steel (HSS) berbiaya rendah namun demikian memberikan produktifitas tool material cukup baik, termasuk untuk jenis rigid plastik maupun fleksibel plastik. Biasanya umur pakai HSS tool tidak selama carbide tool terutama pemotongan plastik rigid. Meskipun demikian penggunaan material HSS lebih disukai jika ada tingkat kesulitan pada pemasangan fixture dan lingkungan operasi yang berat. Yang penting dicatat bahwa HSS tidak perform pada material fiber reinforced.

Carbide, dilain pihak bersifat lebih padat dan keras sebagai material cutting tool daripada HSS. Material tool berbahan carbide dapat memotong hampir semua grup plastik dengan sangat efektif. Namun tentunya harga carbide tool jauh lebih mahal dibandingkan dengan material tool tipe HSS sekitar tiga kali lebih mahal. Komparasi penggunaan carbide atau HSS dapat dianalisa melalui rasio price/performance.

Penggunaan diamond tooling dapat menjadi pertimbangan bilamana masa pakai/ kecepatan aus carbide tool dirasa tidak lagi menguntungkan.

Tool design

Ada teori yang beranggapan bahwa jika cutting tool cukup handal memotong steel ataupun wood composite, maka dapat dipastikan tool tersebut dapat memotong plastik dengan baik.

Salah, kekeliruan terbesar adalah begitu banyak routers cutting plastik material yang hanya memberikan tingkat produktifitas potensial kurang dari 50 persen. Hal ini disebabkan masing masing kategori plastik membutuhkan geometri tool yang berbeda untuk mendapatkan optimum performance dan produktifitas

Plastik memiliki karakter unik karena chip yang terserpih memiliki kemampuan untuk mengalami perlengketan (reweld) pada bidang plastik satu sama lain. Untuk itu tool geometri harus di desain untuk dapat mengeluarkan chip dari bidang potong mata pisau, hal ini bukan hanya untuk mengatasi masalah perlengketan yang menyebabkan panas dan macet dan aus namun juga untuk menghasilkan plastik part finish yang acceptable.

Multi-flute solid carbide spiral tools lebih disukai untuk mesining fiber-reinforced materials, jika dipakai mesin CNC router. Namun jika hand routers yang digunakan, alternative carbide-tipped tool dengan penyesuain plastic geometri menjadi pilihan berdasarkan cost yang lebih efisien.

Tool wear

Faktor panas yang terjadi akibat gesekan adalah musuh utama dari masa pakai tool. Mencegah tool menjadi panas diharapkan dapat memperlama masa pakai.

Pastikan memilih tool material yang cocok dengan tipe plastik yang akan di routing. Kedua pilihlah cutting tool dengan geometri yang sesuai dengan tipe plastik. Penting untuk memastikan bahwa tool yang dipakai selalu dalam kondisi tajam untuk mereduksi panas yang akan timbul. Bilamana tool tumpul maka akan memperlambat kecepatan pemotongan dengan hasil pemotongan yang kasar.

Prinsip penting segera keluarkan chip – karena akan memproduksi panas. Faktor masa pakai lainnya adalah keteguhan router, kemantapan setup dan fixturing. Material akan bergerak dan bergetar/ vibrasi ketika dipotong, hal ini akan menyebabkan kerusakan yang tidak diinginkan dari tool. 

Colleting

Banyak workshop memilih tool tanpa memperhatikan betapa pentingnya collet untuk memegang tool tersebut. Collet sedapat mungkin diganti setiap rata rata 500 sampai 700 jam pemakaian. Sebab lambat laun collet akan kehilangan elastisitas dan kekerasannya yang akan menjadi penyebab hasil finish cutting yang tidak memuaskan. Bersihkan collet dengan wire brush, sebab chip, chemical dan resin yang tidak dikeluarkan atau dibersihkan akan menjadi deposit yang akan menyebabkan kegagalan tool.

POM Polyacetal

POM atau PolyOxyMethylen atau Polyacetal atau Polyformaldehyde adalah material kelas engineering. POM memiliki kombinasi koefisien gesek rendah, tingkat abrasi yang baik dan kekerasan material yang cukup. POM sesuai kepantasan dari cost material adalah pilihan pertama  untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi. POM memiliki kestabilan dimensi yang baik pada peningkatan suhu, dan dapat diaplikasikan pada temperature sekitar 100 degC. POM juga tahan melawan hydrolysis.

HDPE High Density Polyethylene

HDPE (> PE 300) memiliki kekakuan dan kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan polyethylene PE yang memiliki berat molekul di bawah 300.000 g/mol. HDPE juga memiliki tensile strength dan compression strength yang  jauh lebih kuat sekitar empat kalinya dibanding LDPE.

Dilihat dari struktur rantai polimer, densitas LDPE lebih rendah dibanding dengan HDPE sehingga mempengaruhi properties kekuatan, hal ini juga karena LDPE  memilki  lebih banyak rantai cabang yang justeru terkadang lebih panjang dibanding rantai utamanya. Hal ini akan mencegah molekul  menjadi lebih kompak dan rapat. (tambahan keterangan : ada satu tipe lagi dari PE yang sedikit lebih tinggi properties fisik dan mekaniknya dibanding LDPE yaitu LLDPE (Linear Low Density Polyethylene), meskipun keduanya memiliki densitas dan berat molekul yang tidak jauh berbeda 60.000 – 100.000 g/mol mengapa hal ini bisa terjadi ? LLDPE memiliki rantai cabang yang lebih banyak dibanding dengan LDPE namun rantai cabang tersebut lebih pendek. LLDPE juga lebih tahan sobek dibanding dengan LDPE).

Untuk memahami lebih lanjut lihat : memahami properties plastik dari rantai polymer

Kembali  ke plastik HDPE. Karakter HDPE memiliki impak strength sangat baik meski  ketangguhannya tidak se-ekstrim UHMW-PE, kemudahan dimesining dan mempunyai karakter melumasi sendiri. Properties ini bertahan meski bekerja pada temperature yang sangat rendah (minus 60 deg C). HDPE memiliki ketahanan stress crack yang baik, tahan terhadap korosi (terkecuali untuk kimia asam oksidasi kuat dengan temperature tinggi). Tahan terhadap asam, basa, degreasing agents, dan hampir semua organic solvent, beberapa hydrocarbon hanya menyebabkan swelling permukaan yang ringan saja pada temperature moderate. Dibanding PP plastik HDPE memiliki impak strength yang lebih baik, tetapi kalah dalam hal temperature kerja dan tensile strength. HDPE ringan bersifat mengapung di air, menolak air dan kelembaban sehingga aman dari staining. HDPE dapat di joining dengan hot gas welding, fusion dan butt welding. Dapat dan mudah di thermoforming.

Applikasi : pemipaan dan tanki air, tanki petroleum, food cutting board, lining/ covering anti korosi, tanki tanki kimia, geomembrane dan lain lain.

HDPE black

HDPE Natural

Tips dan Teknik Mesining HDPE

HMW PE (High Molecular Weight Polyethylene) / PE 500

HMW PE colour Green

HMW PE (High Molecular Weight Polyethylene)

Kita mungkin akan dibingungkan dengan plastik polyethylene, ketika user sudah memastikan bahwa part plastik yang diinginkan dari suatu applikasi adalah polyethylene. Tapi polyethylene yang mana ? dengan grade berat molekul berapa ?. Ketika user ditanyakan hal ini, yang ditanya tentu tak kalah bingung dengan yang bertanya hehe …,begitulah. 

Tidak heran karena Polyethylene mempunyai banyak deskripsi properties, hal paling utama properties polyethylene ditentukan oleh berat molekul. Apa itu berat molekul polimer/ plastik (lihat link ini). Secara ringkas polyethylene di kelaskan dalam tiga penamaan umum ini LDPE (PE 100), HDPE (PE 300), HMW PE (PE 500), UHMW PE (PE 1000) bahkan grade lebih tinggi lagi berat molekulnya (PE 2000). 

PLASTICS COMMUNITIES LINKS and FORUMS

Berikut links (klik pada logo) komunitas professional plastik dan pemerhati plastik, silakan bergabung dan memanfaatkan forum forum komunitas ini untuk menambah wawasan pengetahuan dan ilmu mengenai plastik.

 

Acrylic Tube -Tabung Acrylic – Acrylic Pipe – Pipa Acrylic

Material yang bening, indah untuk dekoratif, dan aman untuk proses pengolahan makanan

(FDA certificate) . stabil terhadap sinar UV ( Ultra Violet resistance).
Karakteristik utama material PMMA PolyMethylMetaAcrylate, atau lebih dikenal dengan nama acrylic, adalah warnanya yang bening transparan. Tidak hanya sekedar transparan, acrylic juga sedikit sekali menyerap sinar yang melalui material tersebut dan hampir seluruh sinar yang masuk diteruskan. Disinilah letak perbedaan optik yang utama antara kaca dan acrylic. Walaupun bening, kaca menyerap sinar yang masuk sehingga semakin tebal kaca tersebut maka semakin sedikit sinar yang dapat melaluinya, maka sifat transparannya makin berkurang. Pada acrylic, penyerapan sinar yang terjadi demikian kecil sehingga walaupun ketebalannya bertambah, sifat transparannya tidak banyak terpengaruh.

PE UHMW Polyethylen Ultra High Molecular Weight

PE UHMW (Polyethylen Ultra High Molecular Weight), adalah kualitas terbaik dari plastik polyethylene. Untuk memenuhi kualitas engineering,  memiliki daya tahan tinggi dengan rentang applikasi luas. Rahasianya terletak pada berat molekulnya yang sangat tinggi mulai antara 3 sampai 6 juta molekul (namun seringkali lebih dikenal dengan istilah PE 1000). Bandingkan dengan HMW PE  (High Molecular Weight Polyethylen) dimana berat molekulnya berkisar 500.000 (seringkali lebih dikenal dengan istilah PE 500) ataupun HDPE (High Density Polyethylen) dengan berat molekul mulai dari 300.000 (seringkali lebih dikenal dengan PE 300) dan LDPE (Low Density Polyethylen) berat molekul 100.000 (seringkali lebih dikenal dengan PE 100). 


Perbedaan berat molekul ini menjadi faktor yang menentukan dimana semakin tinggi berat molekulnya semakin tinggi pula daya tahannya terhadap impak (benturan) dan abrasi (ketahanan aus). Semakin tinggi berat molekulnya semakin kecil pula koefisien geseknya (coefficient of friction), atau dengan kata lain semakin licin, dengan demikian semakin baik untuk material yang berfungsi sebagai sliding.

Namun berat molekul yang tinggi ini membawa efek, sulitnya memproses PE UHMW, karena tidak dapat meleleh sebagaimana sifat lelehan plastik lainnya. PE UHMW sulit untuk diproses sebagaimana proses konvensional plastik biasanya (injection molding, blow molding, dan thermoforming). Teknik compression molding adalah teknik yang umum dapat diterapkan untuk resin plastik PEUHMW ini.

Dimana saja PE UHMW diapplikasikan ?

PE UHMW mempunyai sifat melumasi (lubricating effect)/ licin, non sticking (menolak bahan lain untuk melekat atau lengket), tahan aus, daya tahan tinggi terhadap material yang bersifat abrasive atau bahan yang bersifat “menggerus”. Tahan benturan dan tidak akan pecah dikenai benturan. Pasar yang terbuka untuk penggunaan material ini antara lain untuk material handling sliding conveyor, logging handling, package handling, food processing and bottling handling, material abrasive processing, fenders, snowboard bottom, boat dock bumpers, chute – hopper lining, mining, automotive, gasket khusus untuk applikasi dengan temperature ekstrim dingin dan lain-lain. Kombinasi yang ideal antara ketahanan impak, ketahanan gesek dan abrasive, menjadikan ketahanan aus PE UHMW lebih baik 10 kali lipat dibandingkan penggunaan carbon steel. Pilihan PE UHMW untuk melawan aus ataupun impak menjadi kepuasan tersendiri dimana seringkali konsumen gagal menggunakan polyethylene dengan berat molekul yang lebih rendah seperti LDPE ,HDPE, HMW-PE dalam applikasinya. Penggunaan material plastik secara khusus PE UHMW untuk material handling dapat mereduksi sampai nol tingkat kebisingan dibanding material handling yang menggunakan material metal. Penggunaan PE UHMW juga mengurangi cost penggunaan pelumas/ grease yang biasa dipakai untuk melumasi peralatan berbahan dasar metal.

Berapa suhu maksimal dimana PE UHMW masih dapat unjuk performa ?

PE UHMW (standard grade) masih dapat diapplikasikan pada temperature  80 deg C (continue) atau masih dapat bekerja pada temperature 90 deg C (intermittent/ short term). Di atas suhu tersebut PE UHMW kehilangan kemampuan mekanikalnya baik kekuatan impak, maupun ketahanan terhadap abrasive. PE UHMW yang telah dimodifikasi dengan additive atau filler tertentu kemampuannya dapat ditingkatkan sampai temperature 120 deg C.

PE UHMW tahan terhadap temperature dingin (low temperature toughness) yang ekstrim sampai  minus 200 deg C, jenis plastik lainnya akan rapuh dan hancur dengan suhu minus se-ekstrim ini. Sehingga plastik PE UHMW dapat diapplikasikan untuk menangani nitrogen cair (cryogenic fluid untuk membekukan atau pengawetan dengan cara cryogenic preservations substansi/ jaringan hidup seketika), proses produksi ice cream, lemari pendingin dll.

Bagaimana membedakan plastik PE UHMW dengan plastik HDPE ?

Berikut ada beberapa test yang dapat kita coba

Burn test :

uji bakar, bakarlah dengan korek gas, bilamana baunya menyerupai lilin terbakar, dapat dipastikan plastik tersebut adalah polyethylene. Bedanya adalah PE UHMW juga akan meleleh namun tetesannya (burn drip) tidak seketika secepat HDPE.

Oven test :

letakkan pada piring alumunium, pada temperature oven 300 deg F, HDPE seketika (lebih cepat)  berubah bentuk deformasi (slump; collapse) dan meleleh, sementara PE UHMW lebih sulit meleleh namun karena stress juga akan berubah bentuk “wraping” (bengkok) atau “melintir”.

Saw test :

test gergaji, ketika dipotong dengan gergaji,  HDPE akan mengeluarkan serpih mirip “sawdust” (serbuk gergaji) atau “filing” (serbuk kikiran) seperti pada kayu sementara UHMW PE seperti “strings” (serpih serat pendek terpilin) atau tidak sama sekali.

Berikut beberapa aplikasi PE UHMW yang telah sukses diapplikasikan pada industri :

PE UHMW plastics high impact resistance

(Lihat gambar : warna hijau adalah plastik PE UHMW yang diaplikasikan pada mesin tenun/ pintal dimana dibutuhkan plastik yang mampu menahan benturan impak dengan kecepatan tinggi terus menerus berulang kali disamping itu keunggulannya sebagai fungsi sliding dan ketahanan aus wear resistance sungguh kombinasi properties yang sempurna diperlihatkan oleh plastik PE UHMW ini. 

Contoh applikasi lain dimana PE UHMW digunakan sebagai bantalan serapan air (suction box) pada proses pembuatan papan semen GRC. Adonan material yang akan diproduksi untuk GRC  dicetak melalui conveyor kain kanvas yang bersifat kuat,kaku dan kasar, permukaan kain kanvas ini bersifat abrasive atau cepat mengikis dan membuat bahan lain yang melawan gesekannya menjadi cepat aus dan tipis, terlebih lagi adanya tekanan pada suction box untuk menarik kelebihan air dari adonan hal ini menambah kekuatan gesek yang secara simultan juga mempercepat aus. Penggantian material HDPE dengan material PE UHMW sebagai bantalan suction box terbukti mampu memperpanjang masa pakai hingga 4 kalinya. Hal ini akan menghemat cost penggantian material dan juga cost akibat berhentinya proses produksi.

Tanda panah hijau bantalan suction box dari plastik pe uhmw pada proses produksi papan GRC

PE UHMW suction pad setelah pemakaian jangka waktu tertentu

Data spesifikasi properies material PE UHMW (PE 1000) produksi OKULEN Germany
(klik gambar untuk memperjelas)

 

 Brosur OKULEN (klik gambar untuk tautan)