Catatan Kuliah; Pemilihan Bahan dalam Perancangan

Key Words:

1. Pemilihan Bahan. Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih sebuah material.
2. Pengertian desain. Kenapa kegiatan desain selalu membutuhkan pemilihan bahan terlebih dahulu.    Hal-hal yang mempunyai kaitan yang erat dengan pemilihan bahan.
3. Design Tipe (tipe-tipe perancangan).
4. Prinsip dalam proses manufaktur.
5. Macam-macam bahan teknik.
6. Macam dan Ciri bahan teknik.
7. Aluminum dan baja. (pesawat terbang)
8. Permodelan dan simulasi. Kenapa harus membuat sebuah model. Tipe-tipe model.
9. Sifat-sifat bahan teknik.
10. Panduan tradisional dalam memilih bahan.

Pemilihan Bahan

1. Pemilihan bahan yang tepat adalah bagian yang sangat penting dalam desain teknik (engineering design).
2. Ada banyak faktor yang harus diperhatikan sebelum melakukan kegiatan perancangan, di antaranya: kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), ketahanan (durability), ketahanan terhadap korosi (corrosion resistance), harga (cost), kemampuan bentuk (formability), dan lain-lain. (S2C2DF)  

Design Criteria (Kriteria Perancangan)

1. Bagaimana cara memproduksi sebuah produk yang berkualitas tinggi, murah, baik, dan cepat?
2. Design (Perancangan)

• Adalah proses merubah ide atau permintaan pasar menjadi  sebuah informasi yang jelas. Tujuannya adalah supaya informasi yang jelas tersebut bisa diproduksi menjadi sebuah produk nyata hasil dari kegiatan perancangan.
• Kegiatan perancangan akan selalu membutuhkan pemilihan bahan (material selection). Tujuannya adalah supaya produk yang dihasilkan bisa pas sesuai dengan kriteria  yang dibutuhkan. Kriteria yang dibutuhkan itu akan erat kaitannya dengan beberapa hal sebagai berikut: gaya, panas, konduksi listrik, ketahanan kalor, ketahanan korosi, ketahanan pemakaian (keawetan), kekerasan, dan lain-lain. Selain itu kemudahan kegiatan produksi juga harus diperhatikan. Rancangan itu harus mudah untuk diproduksi.

Design Tipe (Tipe perancangan)

1. Original design (New) (desain asli). Yang dipertimbangkan adalah metodenya yang baru, caranya yang baru, keunggulan produk dibanding dengan yang sudah ada sebelumnya, aplikasinya yang luas, materialnya yang baru, atau komponennya yang juga baru. Contoh I: turbin gas dengan high temperatur steel (super alloy). Contoh II: Peralatan komunikasi yang menggunakan fiber optik.
2. Adaptive design (perancangan yang diadaptasi): pengembangan rancangan yang sudah ada sebelumnya. Contoh: pembuatan mesin setrika otomatis yang mekanisme kerjanya seperti sebuah mesin fotokopi, ini merupakan sesuatu yang baru karena sebelumnya tidak ada mesin setrika yang memiliki mekanisme kerja seperti itu.
3. Varian design (perancangan campuran/acak): perubahan bentuk, ukuran, warna, tanpa perubahan fungsi utama. Contoh: desain mouse yang bermacam-macam bentuk dan warnanya, padahal fungsinya tetap sama yaitu sabagai penggerak pointer di worksheet.

General Comments Regarding Design (uraian umum mengenai perancangan)

1. Buatlah desain yang sederhana! Desain yang sederhana akan mudah diproduksi dan juga dirawat.
2. Menggunakan komponen (parts) yang sudah distandarisasi.
3. Mengambil manfaat dari keahlian seorang penjajak (vendor). Tukang cor tahu tentang pengecoran. Penyedia peralatan mesin tahu tentang mesin. Bekerjasamalah dengan mereka.
4. Menurunkan penggunaan beberapa komponen (sangat memungkinkan), dan tidak mungkin jika menurunkan seluruh penggunaan komponen. Gunakan komponen-komponen yang utama saja.
5. Meminimkan kegiatan machining.
6. Meminimkan estetika produk.
7. Memahami manufaktur sebagai salah satu bagian untuk merealisasikan produk.

    Macam-macam Bahan Teknik (Engineering Materials)

   1.       Logam (metals)
   • Ferrous alloy: besi cor (gray, white, malleable, nodular), baja karbon (low, medium, high), alloy steels (low, alloys, tools, stainless).
   • Non-Ferrous alloy: heavy alloy (tembaga, timah, nikel), refractory metals (tungsten, tantalum, molibdenum), precious metals (emas, perak, platinum)
   2.       Polimer (polymers)
   • Polimer Alami (natural polymers): Selulosa, Protein.
   • Termoplastik: Partially cristalline (polyamides, acetals, polyathenes), amorphous (PVC, polikarbonat, polistiren).
   • Termoset: rubber/elastomer (silikon, styrene), epoxy (phenolics, poliester, aminos).
   3.       Elastomer/Rubber (karet):
   • Alami.
   • Sintetis.
   4.       Keramik (Ceramics)
   • Keramik Alami (natural ceramics): Batu.
   • Keramik Kontruksi (contructional ceramics): porselin, stoneware, earthware.
   • Keramik Elektronik (electronic ceramics): semikonduktor, ferit.
   • Keramik Teknik (engineering ceramics): Alumina, Karbida, Nitrida, Zirkonia.
   5.       Kaca (glasess).
   • Contoh: soda, bhorosilicates, phyroceramics.
   6.       Komposit (composites)
   • MMC (Metal Matrix Composites)
   • CMC (Ceramic Matrix Composites)
   • PMC (Polimer Matrix Composites)
   
   
   Bahan Teknik dan Ciri-cirinya
   
   
   LOGAM
   1. Modulus Elastisitas (E) yang tinggi.
   2. Dapat dibuat lebih kuat dengan paduan dan perlaukan panas atau mechanical treatment.
   3. Sangat mudah berdeformasi, terutama pada temperatur yang tinggi.
   4. Reseistensi yang rendah terhadap korosi (mudah terkorosi).
   5. Memiliki konduktivitas elektrik dan termal yang baik.
   
   
   POLIMER DAN ELASTOMER
   1. Modulus Elastisitas (E) yang rendah.
   2. Defleksi elastisnya besar.
   3. Mulur (creep) pada temperatur ruanangan.
   4. Tahan terhadap korosi.
   
   
   KERAMIK DAN KACA
   1. Modulus Elastisitas (E) yang tinggi.
   2. Keras.
   3. Getas.
   4. Kuat.
   5. Kerapatan yang rendah (low density).
   6. Tahan terhadap korosi dan goresan (abrasion).
   7. Konduktivitas elektrik dan termal yang rendah.
   
   
   KOMPOSIT
   1. Tergantung pada tipe kompositnya.
   2. Bisa menjadi memiliki densitas yang rendah.
   3. Bisa menjadi kuat dan kaku.
   4. Bisa menjadi tangguh.

Tipe-tipe Model  

- Desksriptif dan Prediktif.

• Menjelaskan sebuah sistem atau sebuah fenomena.  
• Satis atau dinamis: model tersebut tergantung pada efek variasi waktu atau tidak.

- Deterministik atau Probabilistik.

• Iconic: permodelan yang persis sebagaimana aslinya. Contoh: model sebuah pesawat terbang.
• Analog: behaves the real thing. Contoh: dudukan komponen RLC untuk memodelkan sebuah sistem mekanik, software simulasi pembuat produk.
• Marketing: model pemasaran produk. Contohnya: product style, human factor, evaluasi pelanggan.

Prinsip Pemilihan Proses Manufaktur

1. Gunakan harga yang murah.
2. Cari raw material yang paling mudah untuk diproses.
3. Buatlah sebuah desain yang sederhana.
4. Menggunakan komponen sederhana yang mudah didapatkan dan dibeli.
5. Design for communally with other products.
6. Meminimkan kegiatan machining.
7. Meminimkan estetika produk.
8. Memahami manufaktur sebagai salah satu bagian untuk merealisasikan produk. 

Sifat-sifat Bahan Teknik

1. Mechanical Properties (sifat mekanik): strength (kekuatan), toughness (keuletan), ductilitty (sifat mudah diubah), hardness (kekerasan), elastisity (elastisitas), fatigue (kelelahan), dan creep (mulur).
2. Physical Properties (sifat fisik): densitas, ekspansi termal, konduktivitas, kalor jenis, titik lebur, dan sifat elektrik dan magnetik.
3. Chemical Properties (sifat kimia): oksidasi, korosi, kandungan racun (toxicity), kemampuan bakar (flamability).
4. Manufacturing Properties (sifat manifaktur): formability, castability, machinability, weldability, dan hardability oleh perlakuan panas.

Panduan dalam Pemilihan Bahan (Panduan Tradisional)

1. Sesuai dengan sifat mekanik, fisik, dan kimia yang dibutuhkan.
2. Ketersediaan suplai bahan dasar (mudah didapat).
3. Harga bahan baku dan proses pembuatannya.
4. Tidak memilih bahan yang konsentrasi toxic-nya tinggi. (pilih yang non-toxic)
5. Memilih material yang bersahabat dengan alam, dengan tanpa menurunkan kualitas produk.