Ultrasonic Welding [PDF]

Citation preview

NAMA : MUHAMMAD HATTABRANI PRODI : TM-B NIM : 0220190034



ULTRASONIC WELDING A. Sejarah adanya las ultrasonik Aplikasi pengelasan ultrasonik untuk plastik kaku selesai pada 1960-an. Pada titik ini hanya plastik keras yang dapat dilas. Hak paten untuk metode ultrasonik untuk pengelasan bagian termoplastik yang kaku diberikan kepada Robert Soloff dan Seymour Linsley pada tahun 1965. Soloff, pendiri Sonics & Materials adalah seorang manajer lab di Branson Instruments di mana film plastik tipis dilas ke dalam tas dan tabung menggunakan probe ultrasonik. Dia tidak sengaja memindahkan probe dekat ke dispenser pita plastik dan bagian dari dispenser dilas menjadi satu. Dia menyadari bahwa probe tidak perlu secara manual bergerak di sekitar bagian tetapi energi ultrasonik dapat melakukan perjalanan melalui dan di sekitar plastik kaku dan mengelas seluruh sendi. Dia kemudian mengembangkan mesin ultrasonik pertama.



PENGELASAN ULTRASONIC



B. Sekilas tentang ultrasonic welding Las Ultrasonik atau yang lebih dikenal dengan Ultrasonic Welding adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk penyambungan bahan termoplastik dengan kualitas yang baik, bersih serta relatif hanya membutuhkan waktu yang singkat. Dapat diaplikasikan pada beberapa bidang seperti bidang industri otomotif, industi elektrikal, maupun dalam bidang kesehatan. Pengelasan ultrasonik adalah teknik industri di mana getaran akustik ultrasonik frekuensi tinggi diaplikasikan ke benda kerja yang ditahan bersama di bawah tekanan untuk membuat las keadaan padat. Ini biasanya digunakan untuk plastik dan logam, dan terutama untuk menggabungkan material yang berbeda. Dalam pengelasan ultrasonik, tidak ada baut ikat, paku, bahan solder, atau perekat yang diperlukan untuk mengikat materi bersama. Ketika diterapkan pada logam, ciri khas dari metode ini adalah bahwa suhu tetap di bawah titik leleh bahan yang terlibat sehingga mencegah sifat yang tidak diinginkan yang mungkin timbul dari paparan suhu tinggi bahan.



3. Proses Pengelasan Las Ultrasonik Bagian-Bagian Ultrasonic Welding Machine Secara umum ultrasonic welding machine mempunyai beberapa bagian penting yang memiliki fungsinya masing-masing. Mulai dari power supply sebagai sumber masukan daya mesin, sebuah sistem kontrol yang mengatur kinerja mesin, kemudian Sistem Pneumatik sebagai sumber tekanan saat proses berlangsung, tranducer atau converter yang berfungsi mengubah energi elektrik yang ada menjadi sebuah getaran mekanik, kemudian ditunjang oleh booster untuk menaikan frekuensi getaran, kemudian horn sebagai ujung media pengelasan pada objek las dan bersama anvil atau holding fixture yang berperan sebagai landasan objek. Berikut beberapa penampakan mesin las ultrasonik atau ultrasonic welding machine beserta bagian-bagiannya: 1. Pers, biasanya dengan drive pneumatik atau listrik, untuk merakit dua bagian di bawah tekanan 2. Sarang atau landasan atau perlengkapan tempat bagian ditempatkan dan memungkinkan getaran frekuensi tinggi untuk diarahkan ke antarmuka 3. Tumpukan ultrasonik yang terdiri dari konverter atau transduser piezoelektrik, penguat opsional dan sonotrode (AS: Horn).  Konverter: Mengubah sinyal listrik menjadi getaran mekanis menggunakan efek listrik piezo  Booster: Memodifikasi amplitudo getaran secara mekanis. Ini juga digunakan dalam sistem standar untuk menjepit tumpukan di pers.  Tanduk atau Sonotrode: Ambil bentuk bagian, juga memodifikasi amplitudo secara mekanis dan Menerapkan getaran mekanis ke bagian yang akan dilas. BAGIAN MESIN LAS ULTRASONIK  Generator ultrasonik elektronik (US: Power supply) memberikan sinyal listrik daya tinggi dengan frekuensi yang cocok dengan frekuensi resonansi tumpukan.  Kontroler yang mengendalikan pergerakan pers dan pengiriman energi ultrasonik.



MUHAMMAD HATTABRANI – TM B - 0220190034



Ketiga elemen tumpukan secara khusus disetel untuk beresonansi pada frekuensi ultrasonik yang persis sama (Biasanya 15, 20, 30, 35 atau 40 kHz Prinsip Kerja Ultrasonic Welding Machine Secara sederhana ultrasonic welding machine bekerja dengan sumber energi dari arus listrik kemudian energi tersebut diubah menjadi energi mekanis berupa getaran. Getaran inilah yang akan merubah susunan atom-atom antara material yang akan disatukan sehingga susunannya saling terdeformasi dan saling mengikat satu dengan lainnya. Adapun panas yang ditimbukan dari proses ini adalah akibat gesekan antara atom-atom materialnya bukan panas yang dihasilkan oleh mesinnya. Untuk lebih jelasnya perhatikan ilustrasi pada gambar berikut:



Ilustrasi Kerja Ultrasonic Welding Machine



1). Objek yang ingin disatukan diposisikan di atas anvil atau fixture secara tegak lurus kurang lebih sekitar 90 derajat, agar hasil lasan menjadi baik dan tidak terjadi cacat. 2). Horn turun dan menyentuh bagian atas objek yang hendak dilas. 3). Pressure diberikan pada objek yang hendak dilas. 4). Horn bergetar searah vertikal 15.000 Hz – 30.000 Hz per detik. Getaran secara langsung bekerja pada kedua objek yang hendak disatukan hingga waktu yang telah ditentukan (weld time). Getaran mekanis bekerja untuk menyatukan kedua objek dan proses ini menghasilkan panas akibat gesekan yang terjadi pada atom-atom plastik (objek). Ketika temperatur panas tersebut memenuhi titik cair material, maka material akan bergerak atau meleleh, sehingga atom-atom dari objek saling mengikat, getaran pun berhenti. 5). Pada tahap ini pressure akan tetap diberikan sementara getaran mekanis telah berhenti. Waktu hingga atom-atom objek untuk dapat menyatu satu dengan yang lainnya (hold time). 6). Ketika kedua objek telah menyatu maka gaya tekan (pressure) dihilangkan sehingga horn terangkat dan kembali ke posisi awalnya. Sekarang kedua objek telah menyatu. MUHAMMAD HATTABRANI – TM B - 0220190034



4. Aplikasi Las Ultrasonik Aplikasi pengelasan ultrasonik sangat luas dan ditemukan di banyak industri termasuk listrik dan komputer, otomotif dan luar angkasa, medis, dan pengemasan.



1. Industri komputer dan listrik Dalam industri listrik dan komputer, pengelasan ultrasonik sering digunakan untuk menyambungkan koneksi kabel dan untuk membuat koneksi dalam sirkuit kecil dan halus. Persimpangan memanfaatkan kawat sering bergabung menggunakan pengelasan ultrasonik. Kawat harness adalah pengelompokan besar kabel yang digunakan untuk mendistribusikan sinyal dan daya listrik. Motor listrik, kumparan medan, transformator, dan kapasitor juga dapat dirakit dengan pengelasan ultrasonik. Ini juga sering disukai dalam perakitan media penyimpanan seperti flash drive dan disk komputer karena volume tinggi yang diperlukan. Pengelasan ultrasonik pada disk komputer ditemukan memiliki waktu siklus kurang dari 300 ms. 2. Industri dirgantara dan otomotif Pengelasan ultrasonik umumnya digunakan dalam industri dirgantara ketika bergabung dengan logam pengukur lembaran tipis dan bahan ringan lainnya. Aluminium adalah logam yang sulit untuk dilas menggunakan teknik tradisional karena konduktivitas termal yang tinggi. Namun, ini adalah salah satu bahan yang lebih mudah untuk dilas menggunakan pengelasan ultrasonik karena merupakan logam yang lebih lunak dan dengan demikian pengelasan solid-state mudah dicapai. 3. Industri medis Dalam industri medis, pengelasan ultrasonik sering digunakan karena tidak menimbulkan kontaminan atau degradasi ke dalam las dan mesin-mesin tersebut dapat dikhususkan untuk digunakan di kamar yang bersih. Barang-barang seperti filter arteri, filter anestesi, filter darah, kateter IV, tabung dialisis, pipet, reservoir kardiometri, filter darah / gas, masker wajah dan spike / filter IV semuanya dapat dibuat menggunakan pengelasan ultrasonik. 4. Industri pengemasan Industri makanan menemukan pengelasan ultrasonik lebih disukai daripada teknik penyambungan tradisional, karena cepat, sanitasi dan dapat menghasilkan segel kedap udara. Wadah susu dan jus adalah contoh produk yang sering ditutup menggunakan pengelasan ultrasonik. Kendala utama yang harus diatasi dalam proses ini adalah pengaturan parameter. Misalnya, jika terjadi pengelasan berlebih, maka konsentrasi plastik di zona pengelasan mungkin terlalu rendah dan menyebabkan segelnya putus. Jika lasannya kurang, segelnya tidak lengkap. MUHAMMAD HATTABRANI – TM B - 0220190034



5. Kelebihan Dan Kekurangan Ultrasonic Welding Machine Seperti halnya mesin-mesin lain dalam dunia industri, penggunaan ultrasonic welding machine dalam penyatuan plastik (joining for plastic) pun memiliki keuntungan dan pasti juga menimbulkan kerugian. Dari kedua hal tersebutlah kita dapat melakukan gambaran kinerja mesin nantinya dan menimbang-nimbang dalam menggunakan ataupun membeli produk tersebut. Namun terlepas dari itu semua ultrasonic welding machine merupakan sebuah solusi yang tepat dalam proses penyatuan plastik dalam bidang manucfaturing. Berikut beberapa kelebihan dan kekurangan dari ultrasonic welding machine: Kelebihan:  Cepat, Ekonomis dan mudah karena berjalan secara otomatis.  Kapasitas Produksi yang tinggi bahkan dapat mencapai 60 Part per menit.  Sangat fleksibel untuk beberapa macam pengerjaan.  Memungkinkan untuk menyambung struktur yang relatif kecil.  Dipakai dalam bidang kesehatan karena hasil lasan sangat bersih.  Menghasilkan sambungan yang memiliki kekuatan tinggi. Kekurangan:  Sambungan > 250 mm - 300 mm tidak dapat dilakukan dalam sekali pengerjaan.  Desain khusus dalam sambungan sangat dibutuhkan.  Ultrasonic Vibration yang dihasilkan dari proses dapat merusak komponen elektrik.  Alat-alat tambahan untuk mesin relatif mahal.



SUMBER : - https://wn.com/ultrasonic_welding/wikipedia - http://www.solidaritymesin.com/2016/11/pengertian-ultrasonic-welding-mesin-las-ultrasonikkelebihan-kekurangan-prinsip-kerja-aplikasi.html - https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasonic_welding - www.sonobondultrasonics.com/Ultrasonic/Metal-Welding - www.sonics.com



MUHAMMAD HATTABRANI – TM B - 0220190034