Kekuatan Sobek:Apa Artinya, Kaitannya dengan Pencetakan 3D, dan Cara Mengukurnya
Kekuatan sobek adalah kemampuan material untuk menahan keruntuhan tegak lurus terhadap tegangan yang diberikan. Hal ini biasanya diuji dengan mengukur gaya yang diperlukan untuk memulai robekan, sementara gaya tersebut diterapkan pada area tidak terikat di dekat penjepit yang menahan tepi material.
Dalam pencetakan 3D, kekuatan sobek membantu menentukan keunggulan kekuatan struktural dari metode konstruksi pencetakan 3D tertentu. Hal ini terutama relevan dengan metode konstruksi anisotropik seperti pencetakan FDM. Bahan anisotropik memiliki sifat yang berbeda-beda tergantung pada mode dan orientasi material. Hal ini dapat diinterpretasikan sebagai “butiran” yang mirip dengan kayu, dimana gaya sepanjang serat (yaitu, sejajar dengan bidang bangun dan arah filamen utama) memiliki ketahanan yang jauh lebih baik dibandingkan gaya yang menarik filamen satu sama lain.
Nilai kekuatan sobek diukur dalam newton per mm atau pon gaya per satuan ketebalan (lbf/in atau N/mm) sampel material. Meskipun demikian, hasil dari pengujian yang berbeda tidak dapat dibandingkan secara langsung, karena perbedaan metodologi. Alat uji menahan sebagian tepi sampel pada bidang tetap dan menjepit tepi “bebas” di dekat penahan. Hal ini memungkinkan beban diterapkan tegak lurus terhadap sampel untuk menyebabkan robekan. Beberapa pengujian mengharuskan sampel memiliki tepi yang halus, pengujian lainnya menggunakan potongan V tertentu sebagai inisiator, dan pengujian lainnya menggunakan potongan lurus tertentu untuk tujuan ini. Nilai yang diukur adalah gaya yang diperlukan untuk memulai robekan saja.
Artikel ini akan membahas definisi kekuatan sobek, kaitannya dengan pencetakan 3D, rumusnya, dan cara mengukurnya.
Apa Itu Kekuatan Robek?
Kekuatan sobek adalah ketahanan material terhadap keruntuhan tegak lurus. Robek adalah kemampuan penting yang dimiliki banyak material, dan hal ini disebabkan oleh gaya yang tegak lurus terhadap bidang material. Gaya yang diterapkan melebihi kekuatan sobek menyebabkan keruntuhan titik luluh yang memisahkan material sepanjang garis penerapan gaya tersebut. Kekuatan sobek umumnya berguna sebagai ukuran perilaku material yang tidak rapuh. Bahan rapuh tidak sobek tetapi patah bila terdistorsi. Ukuran tersebut digunakan untuk menentukan kemampuan material yang dapat terdistorsi secara signifikan sebelum terjadi kegagalan. Kertas mempunyai kekuatan sobek yang dapat diukur, sedangkan kaca tidak, karena kertas mengalami kegagalan getas. Dalam hal pengukuran yang berguna, pengujian sobek biasanya dilakukan pada bahan lembaran seperti kain, kertas/kartu, plastik fleksibel, dan karet.
Apa Hubungan Pengukuran Kekuatan Sobek dengan Pencetakan 3D?
Mengukur kekuatan sobek berkaitan dengan pencetakan 3D karena memahami sifat ketahanan sobek dari berbagai teknologi cetak 3D dan orientasi komponen membantu membuat prototipe yang berguna untuk uji gaya aktif, bukan sekadar kesesuaian dan bentuk. Pemilihan proses, jenis material, dan orientasi pembuatan dapat menjadi faktor penting dalam menentukan kesesuaian komponen cetak 3D untuk tujuan yang dimaksudkan.
Bagian yang harus melentur atau menolak lentur, mengalami siklus pembebanan yang berulang, dan menjalani skenario beban yang rumit harus dibuat dengan proses yang memberikan kinerja yang diperlukan. Jika fleksibilitas diperlukan, bagian dasar SLA akan cenderung patah dengan segera. Sebaliknya, komponen yang dicetak dengan FDM, yang dibuat sedemikian rupa sehingga arah filamen terletak di sepanjang garis tekukan (bukan melintasi atau melewatinya) akan memiliki kinerja yang lebih baik. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Pencetakan 3D.
Apa Formula Kekuatan Sobek?
Rumus kekuatan sobek adalah:
Kekuatan sobek =F/t
Apakah robekan tersebut diawali dengan potongan V atau I, atau bagian tepinya halus dan tidak rusak, gaya yang memulai robekan akan diukur. Gaya tersebut (dalam N atau lbf) kemudian dibagi dengan ketebalan sampel (dalam mm atau inci) untuk menghasilkan ukuran standar gaya/satuan ketebalan.
Apa Satuan yang Digunakan untuk Kekuatan Sobek?
Kekuatan sobek diukur dalam newton per mm atau pound-force per inci (N/mm atau lbf/inci).
Bagaimana Cara Menguji Kekuatan Sobek?
Pengujian kekuatan sobek umumnya dilakukan di alat uji tarik. Sampel dijepit ke rahang atas dan bawah mesin uji. Hal ini diorientasikan sedemikian rupa sehingga tekanan diterapkan sebagai gerakan merobek. Format yang paling umum menggunakan tes celana. “Kaki” atau bentuk celana dijepit pada bidang dan ditarik seolah-olah dikenakan pada postur terbelah. Kegagalan terjadi pada titik pertemuan “kaki” celana. Hal ini meregangkan atau mengubah bentuk tepi material menjadi garis yang menyimpang (bila dibebani kurang dari titik sobek). Gaya kemudian ditingkatkan secara bertahap hingga robekan dimulai pada konsentrator tegangan.
Tiga bentuk preparasi tepi dibuat:torehan V atau torehan I yang bertindak sebagai inisiator, atau tepian halus dan membentuk lekukan yang tidak rusak di tempat bertemunya “kaki-kaki” sampel. Tes-tes ini belum tentu dapat dibandingkan satu sama lain. Inisiator kemungkinan besar akan menghasilkan kekuatan sobek yang jauh lebih rendah dibandingkan sampel yang identik. Konsentrasi tegangan (gaya) terjadi pada tingkat regangan (perpanjangan/perpindahan) yang jauh lebih rendah.
Oleh karena itu, pengujian kekuatan sobek dianggap sebagai pengujian kualitatif untuk menunjukkan mode kegagalan daripada uji perbandingan nilai untuk memungkinkan perbandingan yang tepat dari berbagai bahan. Ini dapat digunakan untuk perbandingan kualitatif ketahanan gaya sampel material yang dibentuk/diuji secara identik. Namun, pengukuran kuantitatif dalam sampel pengujian cenderung hanya memberikan informasi kualitatif mengenai risiko kegagalan dalam kondisi dunia nyata, dimana penerapan beban jarang disederhanakan/ideal seperti yang dilakukan di laboratorium pengujian.
Bagaimana Mengukur Kekuatan Sobek?
Dalam melakukan pengujian, modul pengukuran berat atau perpindahan dan gaya diterapkan pada penjepit yang bergerak. Kekuatan yang memicu terjadinya robekan adalah hasil pengukuran pengujian. Bentuk sampel dan pemotongan inisiator berbeda-beda, namun semua sampel disusun sedemikian rupa sehingga pembebanan tarik sederhana menerapkan gaya sobek pada titik yang telah ditentukan dalam sampel.
Apa Standar ASTM Internasional untuk Mengukur Kekuatan Sobek berbagai material?
ASTM D264 adalah standar pengujian AS untuk ketahanan sobek, dan menetapkan lima jenis sampel:A (bulan sabit, silet), B (Winkelmann), C (Graves), T (Trouser sobek)/ASTM D470, dan CP (Constrained path trouser sobek). Untuk benda uji tipe A, B, atau C, nilai kekuatan sobek yang diukur hanyalah gaya (untuk memulai robekan) dibagi dengan ketebalan sampel. Untuk benda uji tipe T atau CP, nilai terukurnya adalah gaya rata-rata atau median yang diterapkan pada kurva dibagi dengan ketebalan benda uji.
ISO 34-1 pada prinsipnya dapat dibandingkan secara langsung, namun berbeda dalam sejumlah detail utama yang membuat kedua standar pengujian ini sangat sulit untuk dibandingkan secara langsung, bahkan untuk material yang identik.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami di ASTM Internasional.
Apa Contoh Kekuatan Sobek Bahan yang Berbeda?
1. Kekuatan Sobek Kain
Kain adalah bahan yang diproduksi dengan menenun bahan seperti wol, nilon, dan katun. Kekuatan sobek kain katun sangat bervariasi bergantung pada bahan dasar dan gaya yang diterapkan.
2. Kekuatan Sobek Karet
Nilai berbagai bahan karet adalah:karet alam (23,95 +/-1,85 kN/m), karet nitril (9,14 +/-1,54 kN/m), karet stirena-butadiena (4,88 +/-0,47 kN/m), dan karet EPDM (7,27 +/-0,86 kN/m).
3. Kekuatan Sobek Plastik
Nilai kekuatan sobek plastik bervariasi, bergantung pada orientasi pemanjangan, variasi sifat polimer, dan ketersediaan jenis polimer yang luas. Hasil biasanya hanya tertarik pada bahan film yang akan mengalami tekanan produksi atau penggunaan. Film polimer juga cenderung diuji menggunakan ASTM D1922, yaitu uji kekuatan sobek Elmendorf (hasil dalam gram). Misalnya, modal HDPE memiliki kekuatan sobek Elmendorf sebesar 120g MD (arah mesin) dan 24g TD (arah melintang). LDPE, sebaliknya, memiliki kekuatan sobek Elmendorf sebesar 320g MD dan 170g TD.
Apa Jenis Bahan yang Memiliki Ketahanan Sobek Tinggi?
Pada kain, serat sintetis memiliki ketahanan sobek yang lebih tinggi. Kevlar® dan nilon adalah contoh yang baik dari ketahanan sobek yang ekstrim pada serat fleksibel. Bahan parasut terbuat dari anyaman nilon halus karena konsekuensi parah dari kegagalan yang sangat besar. Pelindung tubuh militer dan pelindung sepeda motor umumnya terbuat dari kevlar®, yang mana kombinasi elastisitas rendah dan ketahanan tarik yang besar menghasilkan kain yang lebih kaku namun kuat.
Pada elastomer, ketahanan sobek tertinggi berasal dari karet alam dan senyawa yang mengandungnya. Hal ini disebabkan oleh perpanjangan putus yang sangat tinggi pada karet alam (vulkanisasi). Namun, keseimbangan sifat menguntungkan karet sintetis dalam banyak aplikasi, yang umumnya lebih kaku dan tahan lama.
Apa Jenis Bahan Dengan Ketahanan Sobek Rendah?
Beberapa contoh bahan dengan ketahanan sobek yang rendah adalah:kertas, film PVC, karet termoplastik, karet silikon, dan kain serat alami.
Apa itu Rasio Hasil Air Mata?
Rasio hasil sobek adalah ukuran kemampuan suatu material dalam distorsi elastis dan plastis sebelum sobek. Misalnya, bahan yang terdistorsi secara elastis karena beban akan pulih kembali ketika beban dihilangkan. Jika batas elastis terlampaui dan terjadi deformasi plastis, maka akan terjadi pemulihan ketika beban dibongkar. Jika bahan tersebut robek segera setelah titik luluh tercapai, pemulihan tidak akan mungkin dilakukan. Rasio hasil sobek yang tinggi menunjukkan material yang rentan terhadap kegagalan jika diberi beban berlebih dalam mode sobek.
Berapa Rata-rata Pengukuran Kekuatan Robek yang Baik untuk Pencetakan 3D?
Pengukuran kekuatan sobek rata-rata yang dianggap baik dalam pencetakan 3D bergantung pada aplikasinya. Ketahanan sobek mutlak dari bahan asli yang digunakan dalam pencetakan dapat membantu pengguna menilai teknologi dan bahan pencetakan yang dipilih. Banyak bahan cetak 3D yang relatif lemah dan rapuh. Kekuatan sobek dapat membantu dalam memahami perilaku material di bawah beban. Kekuatan sobek relatif model yang dibuat dalam berbagai orientasi alat berat dapat bervariasi secara signifikan. Jika ancaman robekan terjadi sepanjang arah butiran primer, material akan menjadi lemah. Pada FDM berpenampang tipis, misalnya, filamen lebih kuat sepanjang panjangnya dibandingkan pada 90° terhadap sumbu tersebut. Memilih orientasi bangunan yang optimal dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap properti fungsional.
