Perbandingan Proses Manufaktur PPT

PERBANDINGAN
PROSES MANUFAKTUR
Yudha Prasetyawan

Week 2
Mata Kuliah Sistem Manufaktur

MATERI






Berisi pemahaman dasar tentang proses manufaktur,
terutama dalam proses pengecoran, proses
pembentukan dan proses permesinan secara
konvensional maupun modern. Sebagai tambahan
diberikan wawasan tentang rapid prototyping
Sesi Pertama
 Gambaran umum proses manufaktur

 Proses manufaktur konvensional
Sesi ke Dua
 Proses manufaktur modern
 Rapid Prototyping
 Evaluasi

GAMBARAN UMUM
PROSES MANUFAKTUR






Ditinjau 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 METODE









Proses 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 DASAR










Produk 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 PROSES








Fungsi produk
Jumlah produk
Metode produksi
Kualitas produk
Bahan baku
Fasilitas produksi
Biaya

AKTIVITAS PERANCANGAN PROSES









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

RINCIAN AKTIVITAS
PERANCANGAN PROSES


Pengumpulan data






Analisa gambar kerja per komponen





Prioritas & efisiensi

Rincian peralatan dan perkakas





Karakteristik komponen (material, urutan proses dan laju
produksi)
Operasi perakitan antar komponen, Analisa suaian, Alternatif
bahan & proses

Penyusunan urutan proses, dengan memperhatikan ;




Gambar kerja ( bill of material, dan spesifikasi produk)
Jumlah produk, Laju produksi, Tanggal penyerahan produk
Ketersediaan komponen (beli atau buat)

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 PASIR




Jenis pengecoran expendable yang paling umum dan
sering digunakan, karena:

Bisa digunakan untuk logam logam dengan melting
point yang sangat tinggi

Tidak dibatasi oleh kesulitan berkenaan dengan

ukuran cetakan

Hampir semua pengecoran dengan logam paduan
bisa dibentuk oleh cetakan ini.
Proses pada sand casting meliputi heating - pouring –
solification – 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

Cetakan & Pembuatannya






Umumnya terbuat dari pasir dengan silica, atau pasir dengan paduan
silica (+ mineral lain). Syarat pasir yang digunakan adalah memiliki
refractory yang baik, dan melting point yang sangat baik agar tidak ikut
mencair pada saat pouring. Hal hal lain yang harus diperhatikan adalah
grain size, distribusi grain size, dan dan bentuk grainnya.
Komposisi dalam pembuatan cetakan adalah 90% paduan pasir, 3% air,
dan 7 % tanah liat. Tanah liat juga bisa digantikan oleh phenelic resin,
atau inorganic binders seperti sodium silikat dan phospat.
Untuk mengukur kualitas cetakan, ada 4 parameter yang umumnya
dipergunakan, yaitu :





Strength : kemampuan mempertahankan diri dalam menahan akibat erosi
karena adanya aliran logam cair yang dituangkan
Permeability, Kemampuan cetakan berkenaan dengan keluarnya uap dan
gas selama proses solidification
Thermal stability : ketahanan dalam menahan suhu akibat penuangan
logam cair agar tidak berakibat pada keretakan
Collapsibility, kemampuan cetakan dalam memungkinkan terjadinya
penyusutan pada hasil tanpa adanya kejadian cracking

PROSES PENGECORAN DENGAN
CETAKAN SEKALI PAKAI LAINNYA








Shell Moulding

Terbuat 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 bagus

Kelemahannya terletak pada mahalnya biaya pembuatan pattern.
Vacuum Moulding

Dengan kombinasi pasir dan tekanan udara. Keuntungannya, pasir yang telah
digunakan tidak perlu di-recovery dan langsung bisa digunakan sebagai cetakan
lagi.
Investment Casting

Penambahan 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 casting

Bahan 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 PERMANEN
Basic Permanent Mold Casting






Bentuk 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 cast





Slush Casting, Lower – preassure casting, Vacuum Permanent Mold casting

Die casting








Dikenal 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
masal
Kerugian: Harga mesin dan cetakan mahal,kurang ekonomis untuk volume produksi rendah,
umur cetakan logam berkurang dengan naiknya suhu logam

Centrifugal casting






Pada 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.

CACAT PADA CASTING










Misruns : Pengecoran telah membentuk bentuk solid sebelum
seluruh logam cair memenuhi cetakan
Cold shut : Terjadi pada aliran 2 porsi logam (paduan) secara
bersamaan, tapi terdapat perbedaan fusi antara keduanya.
Cold shots : Terjadi akibat pada proses pouring terjadi percikan
atau berhamburannya logam cair sehingga tidak masuk semuanya
ke dalam casting
Shrinkage cavity : Adalah depresi yang terjadi di sekitar
permukaan karena proses penyusutan pada proses solidifikasi
yang tidak memberikan kebebasan logam cair untuk memperoleh
ruang untuk membeku
Misporosity : Terjadinya kekosongan yang diakibatkan oleh
pengumpulan shrinkage akibat solidifikasi dari logam cair akhir
yang terletak pada struktur dendrit
Hot tearing : disebut juga sebagai hot cracking, yaitu terjadinya
retakan retakan akibat peregangan

BAHAN LOGAM UNTUK
PENGECORAN


Ferrous casting alloys






Cast Iron (besi tuang) : contohnya adalah Besi Tuang
kelabu, besi tuang nodular, besi tuang putih, malleable
cast iron, dan alloy cast iron
Steel (baja)

Non Ferrous casting alloys








Allumunium alloys
Magnesium alloys
Copper alloys
Tin- based alloys
Zinc alloys
Nickel alloys
Titanium 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 tersebut
Section thickness : harus diperhatikan guna menghindari
shrinkage cavity
Penggunaan core/inti
Adanya draft guna keperluan standarisasi
Toleransi dimensi dan batasan allowance pada proses
permesinan.

PROSES PEMBENTUKAN




Proses 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 300º - 400º F.

KELEBIHAN HOT-WORKING











Meningkatkan sifat mekanis logam
Tidak menimbulkan peningkatan regangan, kekerasan / kekuatan, dan
penurunan kekenyalan.
Dapat membentuk logam secara cepat tanpa menyebabkan keretakan
karena, dilihat pada kurva tegangan terhadap regangan logam pada
temperatur rekristalisasi berbentuk horisontal untuk tegangan
dibandingkan dengan peningkatan regangan.
Energi yang diperlukan untuk membentuk, lebih kecil dibandingkan
dengan proses dingin.
Mempertinggi kemampuan untuk mengalir tanpa retak.
Diffusi yang cepat pada proses panas membantu mengurangi
ketidakhomogenan kimiawi pada struktur coran ingot.
Blow Hole dan porosity dapat dieliminir.
Butir-butir yang berbentuk kolom yang kasar dari coran dapat diubah
menjadi butir-butir kristal yang lebih halus.
Menaikkan keuletan dan ketangguhan.

KEKURANGAN HOT-WORKING











Adanya reaksi permukaan antara logam
dengan atmosfir dapur.
Terjadi oksidasi, sehingga mengurangi
sejumlah logam (proses pembentukan
dilakukan di udara terbuka).
Decarburization permukaan.
Toleransi yang diperlukan lebih besar
dibandingkan dengan proses dingin.
Secara umum struktur dan sifat logam tidak
uniform pada penampang melintangnya.
Perlu peralatan yang tahan panas.

RAGAM PROSES HOT-WORKING








ROLLING/PENGGILINGAN
FORGING/TEMPA
EKSTRUSI
PEMBUATAN PIPA DAN
TABUNG
PIERCING
HOT DRAWING

KELEBIHAN COLD-WORKING








Mempunyai dimensi kontrol yang
bagus
Mempunyai kemampuan
memproduksi kembali dan mengganti
bagian dengan bagus
Hasil permukaan yang bagus
Tidak selalu memerlukan pemanasan
Menaikkan kekuatan bahan

KEKURANGAN COLD WORKING








Memerlukan energi yang besar untuk
deformasi
Memerlukan peralatan berat dan besar
yang umumnya harganya relatif lebih
mahal
Permukaan logam harus bersih
Dapat menyebabkan strain hardening
Dapat menurunkan keuletan

RAGAM PROSES COLD-WORKING







SQUEZING ATAU
RADIAL FORGING
BENDING
SHEARING
DRAWING
HIGH ENERGY
RATE FORMING
(HERF)

Riveting (paku keling)

POWDER METALURGY








Proses pembuatan part/produk dari serbuk logam
melalui penekanan dengan pemanasan sampai pada
suhu di bawah titik cair serbuk
Metalurgi 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.

KELEBIHAN POWDER METALURGY










Dapat menghasilkan produk dengan bahan yang berbeda
yang mempunyai sifat-sifat khusus , seperti karbida sinter ,
bantalan porous.
Dapat memproduksi bagian-bagian yang kompleks seperti
bentuk lubang yang tidak normal
Produk yang dihasilkan mempunyai toleransi tinggi,
permukaan halus, keras dan dalam jumlah banyak
Porositas produk dapat diatur (berat jenisnya dapat
ditentukan dengan penekanan tertentu ).
Serbuk yang murni dapat menghasilkan produk yang murni.
Sangat ekonomis, karena tidak ada bahan baku yang
terbuang .
Operasinya sederhana
Komponen yang dihasilkan dari proses metalurgi serbuk
juga memiliki tensile strength yang tinggi.

KEKURANGAN POWDER METALURGY










Serbuk besi mahal
Sulit disimpan, karena mudah terkontaminasi
Beberapa jenis serbuk logam yang halus merupakan sumber
bahaya ledakan dan kebakaran
Produk harus mudah dikeluarkan dalam cetakan
Bentuk yang rumit tidak dapat dibuat karena selama
penekanan serbuk logam tidak mampu mengisi rongga
cetakan dan sulit mendapatkan kepadatan produk yang
merata
Beberapa jenis produk tidak dapat dibuat karena
keterbatasan kapasitas mesin rasio kompresi berbagai jenis
serbuk
Untuk produk dari logam dengan titik leleh yang rendah
seperti timah hitam, seng, kadmium, sangat sulit disinter
sehingga produk yang dihasilkan kurang bermutu

LANGKAH-LANGKAH PROSES
Pembuatan Serbuk
Logam yang
akan disinter

Proses
Pencampuran

Proses
Pembentukan

Proses
Penyelesaian

Proses
Sintering

METODE PEMBUATAN SERBUK






Permesinan  Menghasilkan serbuk dari
logam magnesium dengan hasil bentuk
serbuk kasar.
Penggilingan  Menggunakan peralatan
mesin penghancur, mesin giling dan mesin
tumbuk.
Shooting  Menuangkan logam cair
kedalam suatu saringan atau lubang disusul
dengan pendinginan di dalam air. Bentuk
serbuk yang dihasilkan adalah berbentuk
bulat atau lonjong. Dipergunakan pada
logam jenis aluminium, timbal dan seng.

METODE PEMBUATAN SERBUK






Atomisasi atau penyemprotan logam 
membuat serbuk dari logam yang yang
suhu rendah (timah hitam, aluminium, seng,
dan timah putih). Dilakukan dengan cara
melewatkan cairan logam pada suatu lubang
kecil kemudian disemprotkan udara atau gas
sehingga cairan logam pecah menjadi
butiran-butiran.
Pengendapan elektrolitik  logam dipasang
sebagai anoda dalam tangki yang berisi
larutan elektrolit. Logam lain ditempatkan
dalam tanki sebagai katoda dan logam
pertama akan mengendap pada
elektroda/katoda tersebut.
Proses reduksi  Serbuk suatu logam
didapatkan dengan mereduksi oksida logam
tersebut dengan mengalirkan gas hidrogen
atau karbon monoksida pada suhu dibawah
titik cair logam tersebut. Serbuk logam
yang dihasilkan berbentuk spons dan
porous. Jenis logam yang dapat diproses
adalah besi, molibden, wolfram, nikel dan
kobalt.

PROSES PERMESINAN




Proses 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 PEMOTONGAN






Kecepatan 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).

END OF FIRST SESSION
NEXT
PROSES MANUFAKTUR MODERN
RAPID PROTOTYPING

MESIN TURNING & MILING CNC






Perbedaan antara mesin CNC dan mesin bubut
manual adalah bahwa pergerakkan sumbu mesin
CNC dikontrol oleh komputer
Komputer 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 busur
Mesin CNC tidak perlu hand wheel untuk
mengendalikan pergerakan sumbu
Mesin Turning CNC

Mesin 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 CNC








Perintah - 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




Terdapat beraneka ragam format yang
menggambarkan urutan umum dan
pengaturan informasi yang digunakan oleh
pengendali program CNC.
Tipe format yang paling umum digunakan
disebut Word address format yang
menggunakan huruf untuk
mengidentifikasikan setiap kata dalam
sebuah ataupun sekumpulan informasi.
Blok tunggal dinomori dan dipisahkan dari
satu sama lainnya dengan simbol akhir
blok yaitu (;).

FORMAT PROGRAM CNC …cont


Dalam Word address format, setiap huruf
memiliki arti khusus dan nilai kombinasi dari
tiap angka berhubungan dengan huruf,
contoh:
N10
N20
N30
N40
N50
N60
N70
N80
N90

G20 G98
M06 T1
M03 S100
G00 X1.5 Z.125
G01 X1.375 F3
G01 Z-2.5
G01 X1.5
G00 Z.125
M05
N100 M30

KODE G






Instruksi gerak juga disebut sebagai kode G
Huruf G dari kode G diambil dari kata Go.
Beberapa contoh daftar kode G
G00
Rapid traverse ( penempatan )
G01
Linear interpolation ( pemakanan )
G02
Arah putaran jarum jam
G03
Perputaran tidak searah jarum jam
G20
Inch data input
G21
Data satuan ukuran
G98
Pemakanan permenit
G99
Pemakanan tiap revolusi
Selain Kode G, terdapat pula kode M

MICROWAVE SPECTRUM

INDUSTRIAL FREQUENCIES


The following frequencies are allocated for industrial
process;







915 MHz,
2.45 GHz,
5.8 GHz and
24.125 GHz

They 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.

Scared of Radiation?
Classification

Frequency
(Hz)

Wavelength
(m)

300.0E+6

1.0E+0

Microwave

300.0E+6
30.0E+9

1.0E+0
10.0E-3

Millimetre wave

30.0E+9
3.0E+12
3.0E+12
430.0E+12
430.0E+12

10.0E-3
100.0E-6
100.0E-6
697.7E-9
697.7E-9

750.0E+12
750.0E+12
300.0E+15

400.0E-9
400.0E-9
1.0E-9

300.0E+15

1.0E-9

30.0E+18

10.0E-12

30.0E+18

10.0E-12

Radio

Infra-Red
Visible
Ultra-Violet
X-Rays
Gamma Rays

Ionising

Hazards of
Microwave Radiation
Main points
Microwaves are NOT ionising
(Except at very high field strengths when plasma is
formed)

Heating is the main effect
The specific absorption rate (SAR) should be
limited to below 4 W/kg
Non-thermal effects are not yet proven
(mobile phone studies)

Radiation: Ionising v Heating
Microwave
Bad effects: Heat stress (short term)
Worst: cooking and burning
Ionising
Bad effects: cell damage at a molecular
level
(body repair mechanism can deal with low levels)

Worst: cumulative damage, irreparable
systems failure

CONVENTIONAL &
MICROWAVE HEATING
Exhaust
Microwave Power
Heat loss

Flame

Conventional Heating
Good points
Direct use of fuel (~100% conversion to heat)
Cheap fuel

Bad points
Heat losses (can be minimised using larger heat
exchanger which increases capital cost)
Time to heat up long (~L2/th)

Microwave Heating
Good points
Direct use of power (~80% conversion to useful
heat)
Time to heat up very short

Bad points
Electricity expensive
More complex
Capital cost

ABRASIVE WATER JET &
WATER JET


High-Pressure Water Jet Generation System










Water preparation unit
Pumping and accessories
High-pressure plumbing

The cutting head
Nozzle assembly
Motion control system
Bulk abrasive transfer and metering system
The receiver

Schematic (OMAX)

ADVANTAGES & DISADVANTAGES






Cost effective
Environmentally friendly process
Could easily be integrated to most manufacturing
set-ups.
However, while abrasive water jet technology is
used because of these and other advantages unique
to the cutting process, the persistent presence of
surface irregularities such as striations and
roughness on the cut wall surface of materials
processed have limited its wider application in
industry.

LASER MANUFACTURING PROCESS
A device that amplifies light

Light
Amplification by
Stimulated
Emission of
Radiation
Lasers come in a great variety of forms,
using many different materials, many different
systems and many different excitation mechanisms

PROSES LASER
Stimulated emission
Photons of spontaneous emission interact
with atoms in the upper laser level and stimulate
the emission of more photons

Inverted laser medium

Input light beam

Amplified light beam

Laser sources used for materials processing

Of the many laser sources discovered
over the years the dominant lasers in
Materials processing:
• Carbon dioxide laser
• Nd:YAG laser
• Diode laser
• Disc laser
• Fibre laser

Stationary-workpiece CO2 laser cutting system

CNC 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

Why laser process materials

Technical benefits
• Produce a wide range of effects - wide range of
powers and spot sizes
• Non-contact process
• Flexible process- beam can be easily manipulated
spatially and temporally
Economic benefits
• New products and processes of commercial value
Disadvantage
• Cost

What is laser materials processing?
• The interaction of high intensity optical radiation

with materials resulting in a change of state from
solid to liquid and liquid to vapour
Processes influenced by laser and material properties
Disregard for either will generally result in
poor processing

Laser parameters affecting surface temperature

Polarisation
P
Angle of
incidence

Beam
diameter
d

Wavelength


Temperature
Profile
T (x,y,z,t)

Divergence


Power
P

Time
dependence
t
Spatial
distribution
I (x,y)

LASER MICROMACHINING








Many 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 redundancy
Simplify a system and electronics integration
Increased selectivity and sensitivity
Wider dynamic range
New effects exploitation through the
breakdown of continuum theory in the
microdomain
Improved reproducibility
Improved accuracy and reliability

PRODUCT DEMAND

BENEFITS OF
LASER MICROMACHINING










non contact machining
no chemical or gaseous etching since it has
single-stage ‘dry’ processing
2D and 3D geometries features flexibility
high accuracy and precision
relatively high speed
selectively different material machining
ability
ability to interface with CAD options

RAPID PROTOTYPING

BASIC METHOD: SOLID MODEL

BASIC METHOD: STL FILE

BASIC METHOD: SLICE MODEL

RAPID PROTOTYPING
CLASSIFICATION

RAPID PROTOTYPING
CLASSIFICATION

RAPID PROTOTYPING
CLASSIFICATION

RAPID PROTOTYPING
PROCESS CHAIN

FUNDAMENTAL
AUTOMATED PROCESS

FUSED DEPOSITION
MODELLING [FDM]






Part dibuat dengan cara men-deposit-kan
termoplastik cair yang diekstrusi dari
sebuah nozzle. Material dalam bentuk
filamen, bergerak secara horizontal untuk
setiap cross section di setiap layer
Proses: CAD Model  STL file  Quickslice
software  SML file  FDM RP Machine 
Finished part
Material: ABS, Medical grade ABS,
Investment casting wax (ICW), Elastomer
E20, Polycarbonate, Polyphenylsulfone

FUSED DEPOSITION
MODELLING [FDM]….cont






Kelebihan: sederhana & reliable, tanpa post
processing/finishing, part lebih kuat & tahan
lama dibanding SLA
Kekurangan: Part grainy (wax), permukaan
akhir kurang baik
Mesin, envelope, harga, tahun






FDM 2000, 25x25x25cm,US$70K,1997
Prodigy plus, 20x20x30cm,US$63K,2002

Akurasi 127 µm
Tebal layer 0,05 – 1.25 mm

STEREOLITHOGRAPHY [SLA]






Sinar laser melakukan scan dan merubah
sejumlah layer cairan dalam vat menjadi
solid. Part dibentuk layer demi layer,
sampai selesai dari bawah ke atas
Proses: Model CAD, orientasi, pembuatan
support, pembuatan STL file, model slicing,
pembuatan part, operasi lanjutan
(ultrasonic
cleaning,sanding,polishing,dsb),penghilang
an support, post curing
Material: photopolymer resin, epoxy

STEREOLITHOGRAPHY [SLA]
…cont






Kelebihan: sistem yang well proven,
permukaan akhir paling baik
Kekurangan: bahan baku vat mahal,
perawatan rutin mahal
Mesin, envelope, harga, tahun






SLA-3500,35x35x40cm,US$329K,1997
Viper Si2,25x25x25cm,US$179K,2001

Akurasi s/d 50 µm
Tebal layer 0,06-0,25 mm

LAMINATED OBJECT
MANUFACTURING (LOM)




Obyek dibuat dari lembaran tipis (thin
sheet) plastik/komponen yang dipotong
oleh laser. Sheet terpotong diturunkan,
sheet selanjutnya dipotong menurut
outline. Setiap sheet yang dipotong
direkatkan pada sheet sebelumnya.
Material: kertas, lembaran plastik,
komposit berlapis glass, pita keramik

LAMINATED OBJECT
MANUFACTURING (LOM) …cont






Kelebihan: material murah, biaya modal
relatif rendah, tanpa perlu support
Kekurangan: material waste agak sulit
dibuang, perlu hand finishing
Mesin,envelope,harga,tahun






LOM-1015Plus,375x250x350mm,US$69K,1992
LOM-2030H,815x550x500mm,US$179K,1996

Akurasi 250 µm
Tebal layer 0,15 mm

END OF 2nd SESSION
NEXT
REFERENSI & EVALUASI

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, 2005
Brandt, Milan, et.al, Advanced Manufacturing Process Lecture
Notes, Swinburne University of Technology, Melbourne, 2005