Mengurangi Limbah pada Pengepresan Logam: 5 Strategi Teknis untuk Meningkatkan Profitabilitas

TL;DR

Mengurangi sisa produksi dalam stamping logam bukan hanya tugas perawatan; ini adalah satu-satunya cara paling efektif untuk meningkatkan profitabilitas, mengingat bahan baku biasanya menyumbang 50–70% dari total biaya komponen. Untuk mengubah sisa produksi dari biaya tetap menjadi keunggulan kompetitif, para produsen harus menerapkan pendekatan tiga pilar: Desain Produk (DFM) , Optimasi Alat (seperti nesting canggih dan pemulihan offal), dan Kontrol Proses (pemantauan berbasis sensor). Rasio Pemanfaatan Material (MUR) —persentase lembaran baku yang menjadi bagian jadi.

Panduan ini membahas strategi teknis untuk memaksimalkan MUR, mulai dari penerapan "nano joints" untuk nesting yang lebih rapat hingga pemanfaatan sensor "active speed control" yang mencegah cacat secara real-time. Dengan melangkah lebih jauh dari sekadar pembuangan limbah dasar menuju pengurangan sisa produksi yang terencana, operasi stamping dapat memulihkan margin yang signifikan.

Strategi Optimasi 1: Nesting Lanjutan & Pemanfaatan Material

Peluang paling langsung untuk mengurangi limbah terletak pada perancangan tata letak strip. Nesting merujuk pada praktik penempatan bagian-bagian pada selembar strip logam untuk meminimalkan ruang kosong (web) di antara mereka. Meskipun tata letak standar "satu ke atas" mudah dirancang, sering kali meninggalkan sisa material yang berlebihan. Strategi lanjutan seperti nesting "dua ke atas" atau "terkunci silang" dapat meningkatkan pemanfaatan material sebesar 5–15%, secara langsung memengaruhi laba bersih.

Teknik yang sangat efektif melibatkan nesting bentuk asli memanfaatkan teknologi modern seperti nano joints . Seperti dijelaskan oleh para pemimpin industri seperti TRUMPF, sambungan nano adalah tab retensi kecil yang menghubungkan bagian ke strip, menggantikan sambungan mikro tradisional yang lebih besar. Karena tab ini sangat kecil, bagian-bagian dapat disusun bersebelahan secara langsung tanpa risiko terlepas atau benturan. Kedekatan ini memungkinkan tata letak yang jauh lebih rapat, mengurangi lebar web yang dibutuhkan antar bagian dan secara efektif menghasilkan lebih banyak produk dari setiap coil.

Pendekatan canggih lainnya adalah pensilangan jenis campuran , di mana komponen yang lebih kecil dan berbeda dipotong dari area sisa bahan bagian yang lebih besar. Sebuah contoh klasik yang dikemukakan oleh ESI Engineering Specialties melibatkan produsen peralatan scuba yang memproduksi 20.000 cincin D per tahun. Para insinyur menyadari bahwa mereka dapat meninju cincin kecil berbentuk seperti washer dari lubang bagian dalam berbentuk "D" pada cincin besar—material yang seharusnya dibuang. Dengan demikian, secara efektif menghasilkan dua buah komponen dengan biaya material sebanyak satu komponen. Namun, ada aturan praktis penting yang harus diperhatikan: volume produksi bagian yang lebih besar harus sama atau lebih besar daripada bagian yang lebih kecil yang disematkan, agar tidak terjadi penumpukan persediaan komponen yang tidak diperlukan.

Daftar Periksa Utama untuk Tinjauan Tatanan Strip

• Lebar Jembatan: Apakah lebar web telah dioptimalkan sesuai ketebalan material?
• Arah Butir: Apakah lipatan diarahkan tegak lurus terhadap serat material untuk mencegah retak?
• Rotasi Bagian: Dapatkah memutar bagian sebesar 180 derajat memungkinkan penguncian (interlocking)?
• Pengacakan Campuran: Apakah terdapat bagian yang lebih kecil dalam BOM yang muat di zona sisa potongan?

Strategi Optimalisasi 2: Desain Die & Solusi Teknik

Setelah tata letak dioptimalkan, fokus beralih ke peralatan fisik. Desain cetakan progresif menawarkan peluang unik untuk memulihkan material melalui "die sisa" atau "die pemulihan". Die sisa adalah perangkat sekunder yang dirancang khusus untuk menerima limbahan (sisa) yang dihasilkan dari operasi utama dan meninju bagian yang dapat digunakan dari material tersebut. Meskipun ini menambah biaya peralatan, penghematan jangka panjang pada produksi volume tinggi sering kali membenarkan investasi tersebut.

Untuk produksi berkelanjutan, beberapa peninju menggunakan teknik "menyatukan sisa" . Seperti yang disebutkan dalam diskusi teknis oleh The Fabricator, potongan limbahan terkadang dapat diikat secara mekanis (menggunakan kunci pengait atau perangkat serupa) untuk menciptakan strip yang terus-menerus yang dapat dimasukkan ke dalam die progresif sekunder. Rekayasa kreatif ini memungkinkan umpan otomatis dari apa yang sebelumnya merupakan limbah lepas. Namun, para insinyur harus berhati-hati terhadap pengerasan selama pengerjaan . Logam yang telah mengalami deformasi atau regangan pada operasi pertama dapat kehilangan daktilitas, sehingga tidak cocok untuk komponen sekunder yang ditarik dalam (deep-drawn). Logam jenis ini paling sesuai untuk braket sederhana atau komponen datar.

Memvalidasi konsep peralatan kompleks ini sebelum beralih ke baja keras sangatlah penting. Di sinilah kemitraan dengan produsen yang berfokus pada kemampuan menjadi esensial. Perusahaan-perusahaan seperti Shaoyi Metal Technology menawarkan solusi stamping komprehensif yang menjembatani kesenjangan dari prototipe cepat hingga produksi massal. Dengan memanfaatkan kemampuan mereka dalam menyediakan prototipe tersertifikasi dalam waktu singkat lima hari, insinyur dapat menguji aliran material dan kelayakan nesting sejak dini dalam fase desain, memastikan strategi agresif pengurangan sisa material layak diterapkan sesuai standar produksi otomotif skala besar (IATF 16949).

Strategi Optimalisasi 3: Pencegahan Cacat & Pengendalian Proses

Sisa material bukan hanya tentang kerangka yang tertinggal; tetapi juga mencakup bagian-bagian yang Anda buang. Membedakan antara sisa terencana (limbah proses) dan sisa produksi (bagian yang rusak) sangat penting. Meskipun sisa material hasil rekayasa merupakan pilihan desain, sisa produksi adalah kegagalan proses. Cacat umum seperti penarikan Slug —di mana potongan logam yang ditinju menempel pada permukaan punch dan merusak bagian berikutnya—dapat merusak ribuan komponen jika tidak terdeteksi.

Untuk mengatasi hal ini, produsen semakin mengadopsi teknologi sensor dalam die sistem modern, seperti Active Speed Control yang dipopulerkan oleh TRUMPF, menggunakan sensor untuk memantau radiasi proses dan secara otomatis mengatur laju umpan. Jika sistem mendeteksi masalah potensial, seperti material cair yang tidak terbentuk dengan benar atau potongan logam yang tidak terlepas, sistem dapat menyesuaikan parameter atau segera menghentikan mesin press. Ini mengubah paradigma dari "memeriksa kualitas keluar" (memilah bagian buruk setelah kejadian) menjadi "menghasilkan kualitas di dalam proses."

Alat lain untuk mengurangi sisa produksi adalah penerapan Sistem visi serta Drop & Cut teknologi. Untuk lembaran sisa—ujung kumparan atau rangka yang masih memiliki area yang dapat digunakan—sistem kamera dapat menampilkan gambar bagian di atas tampilan video langsung dari lembaran tersebut. Operator kemudian dapat menarik dan meletakkan file bagian digital ke atas material yang tersisa untuk memotong suku cadang secara instan. Ini memastikan bahwa bahkan ujung kumparan "tidak terpakai" sekalipun tetap memberikan kontribusi terhadap pendapatan, bukan dibuang ke tempat daur ulang.

Strategi Optimalisasi 4: Desain untuk Kemudahan Produksi (DFM)

Waktu paling hemat biaya untuk mengurangi limbah adalah sebelum die dibuat sama sekali. Desain untuk Dapat Diproduksi (DFM) melibatkan kolaborasi antara perancang produk dan insinyur stamping untuk menyesuaikan geometri komponen dengan lebar strip standar. Sering kali, perubahan kecil—seperti mengurangi lebar flens sebesar 2mm atau mengubah radius sudut—dapat memungkinkan suatu bagian dipasangkan pada kumparan standar yang lebih sempit atau ditempatkan lebih rapat dengan bagian di sebelahnya.

Pemilihan material juga memegang peranan penting. Insinyur harus mengevaluasi apakah suatu bagian dapat distamping daripada dimesin . Permesinan adalah proses subtraktif yang mengubah hingga 80% dari sebuah balok material menjadi serpihan (limbah). Sebaliknya, stamping adalah proses pembentukan dengan bentuk akhir (net-shape). Seperti yang dicatat oleh ESI, mengonversi komponen yang dimesin menjadi komponen stamped tidak hanya secara drastis mengurangi limbah material tetapi juga sering meningkatkan kecepatan produksi. Selain itu, perancang harus menghormati arah butir . Mengorientasikan komponen pada strip semata-mata untuk pengemasan maksimal tanpa mempertimbangkan arah butiran dapat menyebabkan retak selama proses bending, mengakibatkan tingkat pembuangan 100% untuk batch tersebut. Pendekatan DFM yang seimbang mempertimbangkan penghematan material terhadap keandalan proses.

Kesimpulan: Mengubah Limbah Menjadi Keuntungan

Mengurangi sisa potongan dalam stamping logam merupakan tantangan multidisiplin yang membutuhkan ketepatan dan kreativitas. Dengan meninggalkan pandangan bahwa sisa potongan hanyalah "biaya operasional bisnis", produsen dapat mengungkap keuntungan tersembunyi yang signifikan. Integrasi strategi nesting canggih seperti nano joints, pemanfaatan kembali sisa material melalui recovery dies, serta penerapan sensor cerdas menciptakan sistem yang kuat di mana pemanfaatan material dimaksimalkan.

Keberhasilan memerlukan perubahan pola pikir: melihat setiap inci persegi dari koil sebagai potensi pendapatan. Baik melalui penyesuaian kecil dalam desain untuk manufaktur (DFM) yang memungkinkan nesting lebih baik maupun investasi pada kontrol press cerdas yang mencegah ribuan cacat, tujuannya tetap sama—memaksimalkan Rasio Pemanfaatan Material (MUR) dan memastikan bahwa satu-satunya logam yang keluar dari pabrik adalah dalam bentuk suku cadang berkualitas yang dapat dijual.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Apa perbedaan antara sisa potongan dan limbah dalam stamping logam?

Meskipun istilah tersebut sering digunakan secara bergantian, "scrap" biasanya mengacu pada logam yang dapat didaur ulang (seperti strip rangka atau jeroan) yang memiliki nilai moneter sisa ketika dijual ke dealer. "Waste" atau "trash" biasanya mengacu pada material atau sumber daya yang tidak dapat didaur ulang dan tidak memiliki nilai pemulihan. Namun, dalam konteks manufaktur lean, setiap material yang dibeli tetapi tidak dijual sebagai produk dianggap sebagai limbah yang harus diminimalkan.

2. Bagaimana penataan komponen (nesting) mengurangi biaya material?

Nesting mengoptimalkan tata letak komponen pada strip logam untuk meminimalkan ruang kosong di antara mereka. Dengan menggunakan teknik seperti mengunci komponen, memutar posisinya, atau menempatkan komponen kecil di area scrap komponen yang lebih besar, produsen dapat menghasilkan lebih banyak komponen per coil. Karena biaya material sering kali mencapai 50–70% dari total biaya komponen, meningkatkan jumlah komponen per coil secara langsung menurunkan biaya per unit.

3. Apa saja cacat paling umum yang menyebabkan scrap dalam proses stamping?

Cacat umum yang menyebabkan penolakan komponen (scrap produksi) meliputi penarikan Slug (di mana material sisa ditarik kembali ke dalam die), burrs (tepi tajam dari perkakas yang tumpul atau celah yang tidak tepat), pemisahan/pembelahan (sering kali disebabkan oleh masalah arah grain), dan kerutan . Mencegah hal ini memerlukan perawatan die secara berkala dan pemantauan proses.

4. Apa itu die offal atau die pemulihan?

Die offal, juga dikenal sebagai die pemulihan, adalah perkakas stamping khusus yang dirancang untuk menghasilkan bagian yang lebih kecil dan terpisah dengan memanfaatkan material sisa (offal) yang dihasilkan dari operasi stamping utama. Sebagai contoh, potongan logam dari bingkai jendela mobil dapat dimasukkan ke dalam die offal untuk membentuk sebuah braket kecil, sehingga secara efektif mendapatkan material gratis untuk bagian sekunder tersebut.

5. Bagaimana arah grain memengaruhi tingkat scrap?

Kumparan logam memiliki "serat" seperti kayu, yang terbentuk selama proses rolling. Membengkokkan logam sejajar dengan serat dapat menyebabkan retakan di bagian luar lengkungan, sehingga mengakibatkan penolakan komponen. Merancang tata letak strip sedemikian rupa sehingga lenturan kritis terjadi tegak lurus atau melintang terhadap serat dapat mencegah retakan ini, meskipun hal tersebut berarti kepadatan nesting yang sedikit kurang optimal.