Pemilihan Material Dalam Desain Mekanikal

PENGENALAN

1.1. Pendahuluan dan Ringkasan

Design adalah satu kata yang mempunyai banyak arti bagi setiap orang. Setiap benda yang hasil buatan pabrik seperti topi seorang wanita sampai ke gearbox yang berminyak bisa disebut sebagai design. Atau bahkan bisa berarti lebih luas lagi. Alam bagi beberapa orang adalah suatu desain tuhan, sedangkan bagi beberapa orang lain adalah design akibat seleksi alam, yaitu genetic algorithm yang sempurna. Karena itu kita harus menyempitkan pembahasan kita tentang desain.

Komponen-komponen mesin mempunyai massa, membawa beban, menghatarkan panas dan listrik, diletakan pada lingkungan yang korosif dan mengalami kehausan, terbuat dari satu atau lebih material memiliki bentuk dan harus dibuat pabrik ( gambar 1.1 ).

Material punya batasan pada design awalnya ketika manusia membuat pakaian, pemukiman, dan alat perang, desain material yang digunakan masih terbatas. Tapi sekarang material dan proses untuk membentuknya sedang mengalami perkembangan yang cepat dibandingkan dengan waktu sebelumnya dalam sejarah, tantangan dan kesempatan yang ada di zaman sekarang ini lebih besar daripada sebelumnya.

1.2. Material dalam desain

Desain adalah proses menterjemahkan ide-ide baru atau kebutuhan pasar menjadi informasi detil suatu produk dapat dibuat. Setiap langkah-langkah design membutuhkan keputusan untuk menggunakan material apa dalam membuat produk tersebut dan proses pembuatannya. Umumnya pemilihan material itu ada didalam standard design. Tetapi kadang-kadang suatu produk baru atau kelanjutan dari produk sebelumnya dapat dibuat atau disarankan untuk dibuat dengan material baru. Jumlah material yang tersedia untuk kebutuhan para engineer sangat banyak, antara 40000 – 80000 jenis. Dan walaupun adanya standarisasi telah mengurangi jumlah ini, munculnya material-material baru dengan sifat yang lebih baik bahkan menambah jumlah material.

Karena itu bagaimana caranya seorang engineer memilih material yang paling cocok dengan kebutuhannya? Apakah dia harus bergantung kepada pengalaman, atau adakah suatu prosedur sistematis yang dapat disusun untuk membuat suatu keputusan rasional. Jawaban pertanyaan ini bergantung kapada tingkatan desain yang telah dicapai. Pada mulanya suatu desain memiliki banyak pilihan, semua material harus diperhatikan. Seiring dengan makin focusnya desain kriteria pemilihan material makin ketat dan akhirnya makin sedikit daftar material yang sesuai dengan desain. Kemudian data – data yang akurat tentang material dibutuhkan dan suatu cara lain dalam menganalisa pemilihan material harus digunakan. Pada tahap akhir suatu desain, dibutuhkan data-data yang presisi, tapi hanya untuk beberapa material saja. Prosedur – prosedur tersebut harus melibatkan pilihan awal yang banyak kemudian menyempitkannya hanya tinggal beberapa lalu kalkulasi desain akhir dilakukan berdasarkan detail dan presisi pilihan-pilihan tersebut.

Gambar 1.1 fungsi, material, proses dan bentuk hubungan.

Pemilihan material juga bergantung kepada proses pembentukan, penyambungan, penyelesaian akhir material, dan perlakuan-perlakuan lainnya, Pemilihan material dan pemoprosesan material membutuhkan biaya. Dan harus disadari juga, desain yang bagus secara teknis tidak cukup untuk menjual suatu produk. Hampir semua produk, mulai dari peralatan rumah tangga hingga automobile dan pesawat terbang, membutuhkan pertimbangan atas factor-faktor yang dapat memberikan kepuasan kepada pengguna, seperti, bentuk, tekstur, warna, dan lain-lain. Aspek estetika ini (disebut juga desain industrial) tidak dimasukan kedalam kurikulum jurusan teknik, tapi jika diabaikan membuat suatu prabrik kehilangan konsumen. Suatu desain yang bagus dan baik juga dapat memberikan kepuasan.

Pemilihan desain hampir selalu berkesinambungan.permasalahan desain tidak memiliki suatu solusi yang tepat, waktu adalah solusi yang lebih baik dari sebelumnya. Ini berbeda dengan permasalahan-permasalahan analisis yang digunakan dalam mengajarkan mekanika, struktur, thermodinamika, atau bahkan material yang biasanya memiliki suatu jawaban tunggal yang tepat. Jadi, peralatan pertama yang dibutuhkan seorang engineer adalah pikiran yang luas yaitu suatu kemauan untuk memperhatikan segala kemungkinan. Ibarat jaring yang ditebarkan dapat menjaring banyak ikan, dibutuhkan suatu prosedur dalam menyeleksi mana yang baik dan mana yang kurang baik.

Aspek material dalam proses design sangat diperlukan.Ini juga dikembangkan suatu metodelogi yang jika digunakan secara sesuai dapat menjadi petunjuk dalam menentukan keputusan sulit yang dihadapi seorang desainer. Mereka memetakan material dan langkah melakukan proses pemilihan diantara yang terdapat ditanah, jadi untuk dibicarakan dan survey sederhana untuk menentukan pemilihan terhadap matarial yan potensial. Pengenalan tentang material dan proses diberikan, kemudian pembahasan tentang grafik pemilihan material dan proses yang mempermudah tahap pertama pemilihan material. Hubungan antara material dan bentuk juga dibahas, juga permasalahan optimisasi keseimbangan performance dan biaya. Kemudian dibahas permasalahan menemukan data sifat-sifat material dan atribut proses, karena tanpa data-data ini metode – metode desain tidak akan dapat diterapkan. Peran estetika dalam engineering juga dibahas. Factor yang menggerakan perubahan dalam dunia material diberikan. Apendiks berisi informasi – informasi yang berguna.

Metodelogi ini memiliki aplikasi lain, yaitu memberikan strategi dalam pengembangan material, khususnya komposit dan material terstruktur seperti, Pelat penyaringan. Metodelogi ini menjelaskan cara – cara menentukan aplikasi paling sesuai untuk material baru. Dan ini semua dapat diimplementasikan ke computer seperti computer- aided-design, permodelan fungsi, rutin optimasasi, dan lain – lain.

1.3. Evolusi Material Teknik

Sepanjang sejarah, desain material sangat terbatas. Manusia menamakan zaman sesuai material yang digunakan Batu, tembaga, besi. Dan ketika ia mati, material yang dianggap berharga ditanam bersamanya Tutankhamen dengan keeping – keeping kaca berwarna di sarchophagusnya, agamemmnon dengan pedang tembaga dan topeng emasnya, masing – masing mempresentasikan teknologi termutakhir di zamannya.

Jika mereka hidup dan mati sekarang, apa yang kira-kira yang akan dibawa ke kuburnya? Jam tangan titanium mungkin atau raket tennis carbon-fibre reinforced atau sepeda gunung metal –matrix composite atau helm polymer-ethyl-ketone. Ini bukan zaman satu material, pada saat ini terdapat sangat banyak material. Tidak pernah ada zaman dimana evolusi material sangat cepat dan variasi sifat-sifatnya sangat banyak. Daftar material yang tersedia untuk para engineer sangat banyak sehingga seorang desainer yang tamat 20 tahun yang lalu bisa lupa atau bahkan tidak tahu dari setengah dari yang ada dalam daftar tersebut. Tetapi “ tidak tahu” adalah bencana bagi seorang desaineer. Desain inovatip (sering berarti eksploitasi imajinatif terhadaf sifat-sifat yang tersedia pada material baru atau material yang telah dikembangkan lebih lanjut. Dan untuk orang-orang awam bahkan anak-anak sekolah ‘tidak tahu’ berarti telah melewatkan perkembangan yang terjadi pada zaman kita, zaman material mutakhir.

Evolusi material ini digambarkan pada gambar 1.2. material prasejarah (10000 BC, zaman batu) adalah keramik dan gelas, polimer alam dan komposit. Senjata- biasanya ini adalah teknologi yang paling mutakhir-dibuat dari kayu dan batu., bangunan terbuat dari kayu dan batu. Emas dan perak alami ada dilingkungan sekitar mereka tetapi tidak berperan dalam teknologi. Penemuan tembaga dan perunggu dan besi (zaman perunggu 4000Bc-1000Bc dan zaman besi 1000Bc-1620Sm) mendorong kemajuan teknologi, mengganti peralatan dan senjata kayu yang digunakan sebelumnya. Teknologi pengecoran logam (1620Sm) menegaskan dominasi logam dalam teknologi, dan evolusi baja (1850), light alloys (1940s) dan paduan-paduan khusus kemudian menguatkan posisi tesebut. Hingga 1960s,” material teknik berarti logam”. Para engineer diberi kuliah metallurgy, yang lain hanya sekali saja dibahas.

Tentu saja perkembangan material lain berjalan. Semen Portland, refractory, fused silica yang termasuk keramik,dan karet, bakelit hingga polyethylene yang termasuk polymer. Tetapi kontribusinya dipasar material tidak terlalu tinggi. Sejak 1960, semua telah berubah. Laju pengembangan paduan logam baru sekarang menurun permintaan baja dan besi cor dibeberapa Negara bahkan jauh. Industri polymer dan komposit disis lain mengalami perkembangan cepat, dan projeksi pertumbuhan produksi keramik-keramik performa tinggi baru juga menunjukan ekspansi yang cepat.

Gambar.1.2. evolusi material teknik terhadap waktu. ”kepentingan relative” pada masa batu dan besi dalam penemuan archeologi, dan hal itu dalam tahun 1960 disimpan dan dipelajari di Universitas di UK dan US; dan ditahun 2020 pada perdiksinya material dibuat dengan robot otomatis di pabrik. Skala waktu tidak linier. Jarak perubahan jauh lebih cepat daripada dibeberapa waktu yang lalu dalam sejarah.

Sumber : Material selection In mechanical Design Handbook