Instrumen genggam kini dapat mengukur ketebalan coating menggunakan metode ultrasonik, sehingga pengujian non-destruktif dapat diterapkan pada berbagai industri yang menggunakan teknologi UV/EB curing. Artikel ini menjelaskan prinsip kerja serta manfaat pengukuran ketebalan coating secara ultrasonik.
Coating thickness gage dengan teknologi ultrasonik semakin banyak digunakan pada industri yang menggunakan substrat kaku seperti kayu, plastik, dan material komposit. Instrumen ini dapat melengkapi atau menggantikan metode pengukuran destruktif untuk mengukur ketebalan coating UV/EB-cured dengan ketebalan lebih dari 15 mikron (0,5 mil) pada berbagai sektor, termasuk:
- Industri otomotif
- Industri kedirgantaraan
- Manufaktur produk kayu
- Finishing industri
Coating memiliki berbagai fungsi sesuai kebutuhan aplikasinya. Beberapa jenis coating dirancang untuk memberikan ketahanan terhadap goresan, abrasi, kelembapan, dan bahan kimia. Jenis lainnya digunakan untuk memulihkan, melindungi, membuat struktur kedap air, atau meningkatkan tampilan permukaan.
Selain itu, terdapat coating yang secara khusus diformulasikan untuk menutup dan mengisi pori-pori permukaan, sekaligus menghasilkan tekstur permukaan yang lebih halus dan estetis. Dengan kemampuan pengukuran ultrasonik secara non-destruktif, ketebalan lapisan dapat diperiksa tanpa merusak produk atau substrat yang telah selesai diproses.
Mengapa Ketebalan Coating Perlu Diukur?
Coating dirancang untuk memberikan kinerja terbaik ketika diaplikasikan dalam rentang ketebalan tertentu sesuai spesifikasi produsen. Pengendalian ketebalan yang tepat membantu memastikan performa coating tetap optimal dan mencegah kegagalan lapisan.
Beberapa contoh kondisi yang menunjukkan pentingnya pengukuran ketebalan coating:
- Conversion varnish lebih keras dibandingkan jenis coating lainnya dan umumnya tidak boleh diaplikasikan melebihi 5 mil ketebalan kering, karena dapat menyebabkan retak atau kegagalan finishing lainnya.
- Nitrocellulose lacquer biasanya harus dijaga di bawah 3 mil.
- Permukaan UV-cure primer pada plastik umumnya harus memiliki ketebalan 1–6 mil sebelum proses pengamplasan.
- Ketebalan yang konsisten sangat penting ketika mengaplikasikan lapisan dasar lacquer.
- Pada perekat UV-cured, aplikasi yang terlalu tebal dapat menimbulkan tegangan karena proses curing berlangsung sangat cepat sehingga perekat dan permukaan tidak memiliki cukup waktu untuk mencapai keseimbangan sebelum tegangan terbentuk.
- Pada medium-density fiberboard (MDF), ketebalan powder coating biasanya berada pada kisaran 3–9 mil. Umumnya, semakin tebal lapisan, semakin tinggi ketahanan finishing. Spesifikasi pabrik sering menetapkan toleransi sekitar ±1 mil, yang sulit diverifikasi hanya melalui pemeriksaan visual.
Pengukuran ketebalan yang akurat juga memberikan manfaat dalam memenuhi persyaratan ISO, standar kualitas, kebutuhan pelanggan, dan pengendalian proses, sekaligus membantu mengendalikan biaya.
Tanpa pemeriksaan kualitas material yang masuk dan verifikasi ketebalan coating, perusahaan berisiko mengalami pemborosan akibat rework. Pemeriksaan peralatan aplikasi juga membantu memastikan coating diaplikasikan sesuai rekomendasi produsen.
Aplikasi coating yang terlalu tebal dapat meningkatkan risiko curing yang tidak sempurna dan secara signifikan menurunkan efisiensi proses. Pengujian secara rutin pada akhirnya dapat mengurangi rework internal dan pengembalian produk oleh pelanggan akibat cacat finishing.
Bagaimana Metode Pengujian yang Tepat?
Pada substrat logam, pengukuran ketebalan coating sudah umum dilakukan untuk keperluan kontrol kualitas dan inspeksi. Metode yang digunakan bergantung pada jenis logam dasar:
- Baja karbon/ferrous: menggunakan metode magnetik.
- Logam non-ferrous, seperti tembaga dan aluminium: menggunakan metode eddy current.
Untuk instrumen genggam, tersedia berbagai model sesuai kebutuhan aplikasi. Beberapa memiliki probe terintegrasi sehingga mudah digunakan dengan satu tangan pada permukaan yang luas. Model lainnya menggunakan probe kecil yang terhubung melalui kabel pendek, sehingga lebih mudah digunakan pada komponen kecil atau area yang sulit dijangkau.
Banyak instrumen juga dilengkapi fitur tambahan untuk mempermudah pengukuran, seperti perhitungan rata-rata secara otomatis, penyimpanan data, serta transfer hasil pengukuran ke printer atau komputer.
Meskipun banyak digunakan, alat ukur ketebalan berbasis magnetik dan eddy current tidak dapat mengukur ketebalan coating pada substrat non-logam. Oleh karena itu, industri selama ini menggunakan beberapa metode alternatif, antara lain:
- Optical cross-sectioning – memotong bagian yang telah dilapisi kemudian mengamati penampangnya menggunakan mikroskop.
- Height measurement – mengukur perbedaan tinggi permukaan sebelum dan sesudah aplikasi coating menggunakan mikrometer.
- Gravimetric – menentukan ketebalan berdasarkan massa dan luas coating.
- Wet film thickness gauge – mengukur ketebalan coating saat masih dalam kondisi belum curing.
- Substitution – menempatkan kupon baja di samping benda kerja dan melapisinya secara bersamaan.
Namun, metode tersebut umumnya memerlukan waktu, sulit dilakukan, bersifat destruktif, dan dapat dipengaruhi oleh interpretasi operator maupun kesalahan pengukuran. Metode destruktif juga kurang praktis bagi aplikator karena beberapa produk dari satu batch mungkin harus dikorbankan untuk mendapatkan sampel yang representatif secara statistik.
Metode gravimetri, misalnya, hanya memberikan nilai rata-rata ketebalan coating pada suatu benda kerja dan tidak dapat menunjukkan distribusi ketebalan pada lokasi tertentu.
Dengan berkembangnya teknologi ultrasonik, banyak aplikator dan industri finishing mulai beralih ke metode inspeksi non-destruktif untuk mengukur coating UV/EB-cured yang relatif tebal.
Terobosan Teknologi Ultrasonik
Pengujian ultrasonik menggunakan energi suara berfrekuensi tinggi untuk melakukan pemeriksaan dan pengukuran. Teknologi ini telah banyak digunakan untuk mendeteksi cacat pada logam, mengukur dimensi, menentukan karakteristik material, serta berbagai aplikasi inspeksi lainnya.
Pengukuran ketebalan dinding merupakan salah satu aplikasi ultrasonik yang paling umum. Ultrasonic thickness gage konvensional dapat mengukur ketebalan benda dengan cepat tanpa harus mengakses kedua sisi material.
Namun, untuk pengukuran coating, ultrasonic thickness gage konvensional tidak selalu ideal karena sensitivitasnya tidak cukup untuk mengukur material coating seperti acrylic filler, factory primer, lacquer, UV finish, dan powder coating yang diaplikasikan pada produk non-logam.
Perkembangan berikutnya menghasilkan handheld ultrasonic coating thickness gage yang dirancang khusus untuk mengukur ketebalan coating. Instrumen ini menggunakan single-element transducer serta teknik pemrosesan numerik untuk menyaring dan memperkuat sinyal echo yang telah didigitalisasi.
Saat ini, ultrasonic coating thickness gage tersedia dalam bentuk portable, mudah digunakan, andal, dan praktis untuk inspeksi ketebalan coating pada berbagai substrat non-logam.
Teknik Pengukuran dengan Gelombang Ultrasonik
Pengujian ultrasonik bekerja dengan mengirimkan getaran ultrasonik ke dalam lapisan coating menggunakan probe atau transduser. Untuk membantu penghantaran gelombang dari probe ke permukaan coating, digunakan couplant yang diaplikasikan pada permukaan benda kerja.
Getaran ultrasonik kemudian merambat melalui coating hingga mencapai batas antara material yang memiliki sifat mekanik berbeda, biasanya antara coating dan substrat atau antara dua lapisan coating yang berbeda.
Ketika mencapai batas tersebut, sebagian energi ultrasonik akan dipantulkan kembali menuju transduser. Sementara itu, sebagian energi lainnya terus merambat melewati batas tersebut dan dapat mengalami pantulan tambahan ketika mencapai antarmuka material berikutnya.
Dengan menganalisis waktu tempuh dan pantulan echo tersebut, ultrasonic coating thickness gage dapat menentukan ketebalan coating, termasuk pada sistem coating multilayer.
Karena dalam pengujian ultrasonik dapat muncul banyak echo (pantulan gelombang), alat ukur dirancang untuk memilih echo dengan amplitudo maksimum atau “echo terkuat” sebagai dasar perhitungan ketebalan.
Pada aplikasi multilayer, instrumen yang mampu mengukur ketebalan setiap lapisan juga menggunakan echo terkuat sebagai acuan. Pengguna cukup memasukkan jumlah lapisan yang ingin diukur, misalnya tiga lapisan, kemudian alat akan mengidentifikasi tiga echo terkuat yang mewakili lapisan tersebut. Echo yang lebih lemah akibat ketidaksempurnaan coating atau lapisan substrat akan diabaikan.
Akurasi Pengukuran
Akurasi pengukuran ultrasonik sangat bergantung pada kecepatan rambat suara (sound velocity) dari material coating yang diukur. Karena instrumen ultrasonik menentukan ketebalan berdasarkan waktu tempuh pulsa ultrasonik, instrumen harus dikalibrasi sesuai kecepatan suara pada material tersebut.
Secara praktis, nilai kecepatan suara pada berbagai material coating UV/EB tidak berbeda secara signifikan. Oleh karena itu, ultrasonic coating thickness gage umumnya dapat digunakan tanpa perlu melakukan penyesuaian terhadap kalibrasi pabrik.
Saat ini, pengukuran ketebalan coating secara ultrasonik telah menjadi metode pengujian yang andal dan diterima secara luas untuk coating UV/EB-cured. Untuk memverifikasi kalibrasi alat, tersedia standar ketebalan berlapis epoxy yang memiliki sertifikasi dan ketertelusuran (traceability) terhadap lembaga standar nasional.
Antarmuka antara Coating dan Substrat
Salah satu faktor yang dapat memengaruhi akurasi dan repeatability pengukuran ultrasonik adalah kondisi antarmuka antara coating dan substrat.
Produk berbahan kayu, misalnya, dapat memiliki permukaan yang halus maupun kasar. Meskipun permukaan coating terlihat halus secara visual, ketebalannya belum tentu seragam.
Substrat kayu juga sering memiliki serat, tingkat kekasaran permukaan yang berbeda, porositas, serta penetrasi primer yang tidak seragam. Kondisi tersebut memang dapat membantu meningkatkan adhesi coating, tetapi sekaligus membuat pengukuran ketebalan menjadi lebih sulit dan dapat mengurangi repeatability.
Karena itu, pada permukaan yang kasar atau memiliki karakteristik substrat yang tidak seragam, pengambilan beberapa pembacaan dan penggunaan nilai rata-rata dapat membantu menghasilkan hasil pengukuran yang lebih representatif.
Ultrasonic coating thickness gage dirancang untuk mengurangi pengaruh ketidakteraturan kecil pada permukaan dengan melakukan pengolahan dan perataan hasil pengukuran sehingga diperoleh nilai yang lebih representatif.
Pada permukaan yang sangat kasar atau substrat yang menyebabkan hasil pembacaan individual kurang konsisten, membandingkan serangkaian hasil pengukuran yang telah dirata-ratakan dapat memberikan tingkat repeatability yang lebih baik dan hasil yang lebih dapat diandalkan.
Rekomendasi alat pengukur ketebalan ultrasonik: PosiTector 200
Alat pengukur ketebalan lapisan ultrasonik (Ultrasonic Coating Thickness Gage) PosiTector 200. Perangkat canggih untuk mengukur ketebalan lapisan secara non-destruktif pada berbagai substrat non-logam seperti kayu, beton, plastik, dan lainnya, dengan kemampuan pengukuran multi-lapisan pada model Advanced.
Kesimpulan Akhir
Metode pengukuran ketebalan coating menggunakan teknologi ultrasonik dijelaskan dalam ASTM D6132-04, Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage.
Dalam studi round-robin yang melibatkan delapan perusahaan, berbagai panel kayu berlapis coating diuji menggunakan metode ultrasonik, termasuk panel hickory dan maple dengan coating UV-cured. Hasil pengujian menunjukkan repeatability dan reproducibility yang baik, dengan nilai standar deviasi yang relatif kecil.
Hal ini menunjukkan bahwa ultrasonic coating thickness measurement merupakan metode non-destruktif yang efektif dan dapat diandalkan untuk mengukur ketebalan coating pada substrat non-logam, khususnya coating UV-cured pada produk berbahan kayu.