laporan kemajuan penelitian kemitraan dana its 2020

25
i LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020 Produksi Hip Joint Prosthesis berbasis CoCrMo Alloy dengan Investment Casting dalam rangka mencapai TKD Tim Peneliti : Yuli Setiyorini, ST., MPhil., PhD. Eng (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS) Sungging Pintowantoro, ST., MT., PhD (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS) Fakhreza Abdul, ST., MT (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS) DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2020 Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: …………………..

Upload: others

Post on 16-Oct-2021

17 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN KEMITRAAN

DANA ITS 2020

Produksi Hip Joint Prosthesis berbasis CoCrMo Alloy dengan

Investment Casting dalam rangka mencapai TKD

Tim Peneliti :

Yuli Setiyorini, ST., MPhil., PhD. Eng (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS)

Sungging Pintowantoro, ST., MT., PhD (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS)

Fakhreza Abdul, ST., MT (Teknik Material dan Metalurgi/F.Indsys/ITS)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: …………………..

Page 2: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

i

Page 3: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

ii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI..................................................................................................................................... i

DAFTAR TABEL ........................................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... iii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................. iv

BAB I RINGKASAN ...................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN ...................................................................................................... 3

BAB III STATUS LUARAN ....................................................................................................... 10

BAB IV PERAN MITRA ............................................................................................................. 12

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN .............................................................. 13

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA .................................................................. 14

BAB VII DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... v

BAB VIII LAMPIRAN .................................................................................................................. vi

Page 4: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Mechanical Properties ...................................................................................................... 4

Tabel 2.2 Variabel Penelitian ........................................................................................................... 4

Tabel 2.3 Hasil Simulasi Static Structural ........................................................................................ 5

Tabel 2.4 Nilai Safety Factor dari simulasi ...................................................................................... 7

Tabel 2.5 Rumus menghitung nilai safety factor ............................................................................. 8

Tabel 2.6 Total Deformation ............................................................................................................ 9

Tabel 6.1 Input dan Output pada Analisa pemodelan .................................................................... 15

Tabel 6.2 Input dan output pada Analisa transient thermal ............................................................ 15

Page 5: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Desain Artificial Prosthesis ......................................................................................... 3

Gambar 2.2 Assembly dari AHP dengan tulang femur ................................................................... 3

Gambar 2.3 Model dari AHP dengam tulang femur dan hasil meshing di FEA ............................ 4

Gambar 2.4 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 15 mm .............................. 5

Gambar 2.5 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 14 mm .............................. 6

Gambar 2.6 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 13 mm .............................. 6

Gambar 2.7 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 12 mm .............................. 8

Gambar 2.8 S-N Kurva CoCrMo .................................................................................................... 9

Gambar 6 .1 Desain AHP yang akan diproduksi........................................................................... 14

Page 6: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

v

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Tabel Daftar Luaran .................................................................................................... vi

Lampiran 2 Bukti i-MAMM 2020 ................................................................................................. vi

Lampiran 3 Bukti ICOMMET 2020 .............................................................................................. vi

Page 7: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

1

1

BAB I RINGKASAN Tulang adalah organ dengan struktur kaku dan keras yang membentuk kerangka

manusia dan merupakan salah satu bagian dari tubuh manusia yang sangat vital peranannya.

Tulang memiliki beberapa fungsi antara lain sebagai alat gerak pasif penopang tubuh, proteksi,

mendasari gerakan, homeostasis mineral (penyimpanan dan pelepasan) dan memproduksi sel

darah [1]. Tulang manusia dapat mengalami beberapa masalah seperti penurunan kekuatan

(Osteop1orosis), terkena penyakit seperti kanker tulang dan arthritis, serta tulang manusia juga

dapat mengalami kehancuran karena kecelakaan atau benturan yang keras. Untuk kasus-asus

tersebut maka alternatif pengobatan yang diberikan kepada pasien adalah dengan mengantikan

tulang buatan (bone replacement) yaitu pemasangan implan (implantation) pada tubuh [2][3].

Pemilihan material implant sangatlah penting khususnya pada lokasi joint, seperti hip

prosthesis joint (tulang panggul), knee joint (tulang lutut), shoulder joint (tulang bahu) dan

spinal (tulang belakang). Pada lokasi joint sangat membutuhkan material yang memiliki

kekuatan (strength) dan ketahan gesek (wear resistance) yang bagus. Oleh karenanya produk

hip prosthesis joint yang akan dibuat pada penelitian ini akan menggunakan CoCrMo alloy.

Pemilihan CoCrMo alloy berdasarkan pada keunggulan ketahanan gesek yang cukup bagus

jika dibandingkan dengan stainless steel dan titanium alloy.

Selain itu design implant hip prosthesis joint juga sangat berpengaruh terhadap hasil

treatment pasien. Model metal-on-metal (MoM) yaitu tanpa menggunakan semen tulang

(cementless) lebih cocok untuk diaplikasikan pada pasien berumur muda yang memiliki

mobilitas tinggi dalam aktivitas. Sedangkan model MoM dengan menggunakan semen tulang

lebih sesuai untuk pasien usia lanjut, dimana aktivitas mobilitasnya tidak terlalu tinggi. Model

MoM dengan material yang sama (femur dan acetabular) dipilih dengan alasan untuk

mencegah korosi dalam tubuh menjadi parah [4]. Disamping itu, MoM juga dipilih sebagai

pertimbangan untuk mengantikan partikel release dari acetabular yang berbahan ceramic atau

polymer akibat gaya gesek. Geometries design juga sangat memegang peranan penting pada

proses penyembuhan dan kenyamanan pasien. Smart geometries sangat diperlukan untuk

mengurangi berat implant akibat densitas alloy, tanpa mengabaikan mechanical properties

implant dalam menerima beban. Oleh karenanya semua ini harus di simulasikan terlebih dahulu

sebelum proses manufacturing.

Investment casting dipilih sebagai alternative dalam proses manufacturing implant. Hal

ini dikarenakan untuk mengurangi ketergantungan bahan baku import yaitu berupa wrought

CoCrMo alloy dari proses cast forging. Selain itu, investment casting juga memiliki

keunggulan untuk dapat menghasilkan permukaan yang lebih halus. Untuk menunjang

kesuksesan dalam proses manufacturing, maka diperlukan simulasi casting terlebih dahulu.

Kegiatan penelitian ini dilakukan dalam upaya mewujudkan kemandirian mendesign,

mengembangkan material implant hip prosthesis joint, memproduksi dan memenuhi

permintaan kebutuhan implant yang tergantung terhadap produk import. Penelitian ini

diusulkan untuk dilaksanakan selama 2 tahun. Dimana pada tahun pertama bertujuan untuk

menentukan desain dan mengembangkan material CoCrMo alloy kemudian membuat

prototype untuk dilakukan uji coba. Pada tahun kedua dilakukan mulai dilakukan

manufacturing dengan pengembangan dan variasi design berdasarkan umur pasien (variasi

ukuran dan bentuk)

Page 8: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

2

BAB II HASIL PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui nilai safety factor dari suatu

desain implant. Pertama dilakukan pembuatan model dari artificial hip prostheses

menggunakan software SolidWorks 2014 seperti yang ditampilkan pada gambar 2.1-2.3.

Desain implant dalam penelitian ini dilakukan variasi ketebalan dan variasi jumlah lubang pada

stem artificial hip prostheses. Dengan berkurangnya massa implant diharapkan akan mampu

mempercepat proses penyembuhan dan memperpanjang umur pakai dari implant tersebut.

Telah dilakukan simulasi dengan metode elemen hingga mengenai Artificial Hip Prosthesis

dengan material CoCrMo. Simulasi dilakukan menggunakan analisa model static structural

untuk mengetahui distribusi tegangan dan nilai deformasi dari masing – masing desain implant.

Untuk Analisa static structural dilakukan pembebanan sebesar 3000 N pada femoral head

dengan arah kebawah. Pembebanan statis ini mempresentasikan pasien dengan berat badan 70

kg. Selain itu beban sebesar 1250 N sebagai abductor muscle, 250 N sebagai ilio tibial tract.

Ujung bagian bawah dari tulang paha ditetapkan sebagai fix support. Finite elemen analisi dari

artificial hip prosthesis dilakukan menggunakan aplikasi software ANSYS 19.1 pada

Komputer P4 2.0 GHz Intel processor. Material yang dimasukkan pada FEA dianggap

memiliki sifat isotropic elasticity [5][6][7].

Gambar 2.1 Desain Artificial Hip Prosthesis.

Gambar 2.2 Assembly dari AHP dengam tulang femur

Page 9: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

3

Gambar 2.3 Model dari AHP dengam tulang femur dan hasil meshing di FEA

Tabel 2.1 Mechanical Properties

Tabel 2.2 Variabel Penelitian

Materials Young’s Moudulus (GPa) Possion Ratio Yield Strength

Femur Bone 16,2 0,36 135

SS 316 L 193 0,3 170

CoCrMo (as cast) 210 0,3 448-517

Material Number of Hole Thickness (mm)

CoCrMo

0

12

1

2

3

4

0

13

1

2

3

4

0

14

1

2

3

4

0

15

1

2

3

4

Page 10: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

4

Tabel 2.3 Hasil Simulasi Static Structural

Gambar 2.4 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 15 mm

Material Thickness Number of Hole Maximum Von Misses

Stress (MPa)

Yield Strength

(MPa)

CoCrMo

12

0 490,69

448

1 514,82

2 499,8

3 495,2

4 495,74

13

0 399,38

1 402,2

2 416,18

3 400,02

4 403,67

14

0 324,81

1 321,18

2 296,5

3 319,16

4 317,81

15

0 279,23

1 272,07

2 337,18

3 482,14

4 314,04

Page 11: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

5

Gambar 2.5 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 14 mm

Gambar 2.6 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 13 mm

Page 12: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

6

Gambar 2.7 Hasil Distribusi Tegangan pada desain implan ketebalan 12 mm

Dari hasil simulasi dengan software ANSYS 19.1 didapatkan hasil distribusi tegangan

yang berbeda dari tiap desain. Distribusi tegangan pada implan harus lebih rendah daripada

kekuatan luluh (yield strenth) material. Dalam Analisa static struktur, Tegangan Von Misses

Maksimum dalam desain AHP yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 2.4-2.7. Berdasarkan

hasil simulasi desain AHP berbahan dasar CoCrMo menunjukkan bahwa beberapa desain

mengalami kegagalan karena hasil distribusi tegangan yang dialami melebihi nilai yield

strength seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.3. Desain dengan ketebalan 15 dan 1 lubang

terbuat dari CoCrMo adalah desain terbaik untuk pembebanan statis [8][9].

Tabel 2.4 Nilai Safety Factor dari simulasi

Material Thickness Number of Hole Goodman Soderberg Gerber

CoCrMo

12

0 0,828562 0,724638 1,024513

1 0,78972 0,69067 0,976483

2 0,813461 0,71143 1,005842

3 0,821013 0,718037 1,015179

4 0,82012 0,717255 1,014075

13

0 1,017994 0,89031 1,258745

1 1,010865 0,884072 1,249934

2 0,976896 0,854369 1,207926

3 1,016372 0,888889 1,256741

4 1,007174 0,880848 1,245365

14

0 1,251709 1,09471 1,547733

1 1,265883 1,107095 1,56527

2 1,273335 1,113613 1,574484

3 1,273884 1,114097 1,575158

4 1,279282 1,118823 1,581829

15

0 1,456047 1,273412 1,800402

1 1,494368 1,306925 1,847788

2 1,20579 1,05455 1,490956

3 0,843249 0,737485 1,042671

4 1,294648 1,132258 1,600831

Page 13: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

7

Desain implan yang sangat baik harus memenuhi umur kelelahan maksimum atau infinite life.

Ini hanya dapat dipastikan dengan pengujian fisik atau analisis kelelahan. Dalam studi ini, umur

kelelahan implan pada hingga diprediksi menggunakan software komputer ANSYS Workbench.

Perhitungan kelelahan implan dilakukan untuk material CoCrMo. Dalam perhitungan fatik, digunakan

model material fatigue yang ditunjukkan pada Gambar 2.8. Umur kelelahan implan ditentukan

berdasarkan teori Goodman, Soderberg dan Gerber. Pendekatan umur stres (S / N) digunakan untuk

menghitung umur kelelahan implan. Formula ini berguna untuk proses awal pemilihan bahan implan

yang akan mengalami kondisi pembebanan siklik yang tinggi. Keuntungan dari pendekatan ini adalah

bahwa pendekatan ini mewakili inisiasi dan penyebaran retakan di lingkungan yang agresif. Dalam

model elemen hingga, bahan (tulang, logam dan semen) dianggap elastis dan analisis dilakukan menurut

kriteria umur tak hingga (109 siklus). Oleh karena itu, distribusi tegangan maksimal dipastikan lebih

rendah dari tegangan terendah pada kurva S / N. Pada Tabel 2.4, N menunjukkan faktor keamanan

untuk umur kelelahan dalam siklus pembebanan, Se untuk batas daya tahan dan Su untuk kekuatan tarik

akhir material. Tegangan rata-rata 𝜎𝑚 dan tegangan bolak-balik 𝜎𝑎 masing-masing didefinisikan

sebagai [4][6].

𝜎𝑚 =(𝜎𝑚𝑎𝑥+𝜎𝑚𝑖𝑛)

2 (1)

𝜎𝑎 =(𝜎𝑚𝑎𝑥− 𝜎𝑚𝑖𝑛)

2 (2)

N = Safety Factor

Se = Endurance Limit (MPa)

Su = Ultimate Tensile Strength (MPa)

𝝈𝒎 = Mean Stress (MPa)

𝝈𝒂 = Alternating Stress (MPa)

Tabel 2.5 Rumus menghitung nilai safety factor

Gambar 2.8 S-N Kurva CoCrMo

Fatigue Theories Formulas

Goodman (𝜎𝑎

𝑆𝑒

) + (𝜎𝑚

𝑆𝑢

) =1

𝑁

Soderberg (𝜎𝑎

𝑆𝑒

) + (𝜎𝑚

𝑆𝑦

) =1

𝑁

Gerber (𝑁. 𝜎𝑎

𝑆𝑒

) + (𝑁. 𝜎𝑚

𝑆𝑢

)2

= 1

Page 14: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

8

Tabel 2.6 Total Deformation

CoCrMo lebih baik dari yang lain dalam hal umur kelelahan. Karena desain ini

memiliki nilai faktor keamanan yang lebih Dari Tabel 2.4 dapat dilihat bahwa semua desain

AHP baru memiliki nilai faktor keamanan yang berbeda sesuai dengan semua kriteria

kelelahan. Ini berarti bahwa beberapa desain AHP adalah desain yang buruk dan mungkin

gagal dalam pembebanan statis. Di antara desain AHP baru, desain AHP dengan ketebalan 15

mm dan 1 lubang berbahan tinggi di semua teori faigue. Nilai deformation dari design AHP

dan tulang femur diberikan pada Tabel 2.6. [7][8].

Desain AHP memiliki geometri ketebalan yang bervariasi dan jumlah lubang yang bervariasi.

Desain AHP baru pertama memiliki geometri standar tanpa lubang. Desain AHP lainnya memiliki

beberapa lubang pada bagian stem. Jumlah lubang dan ketebalan yang bervariasi dirancang untuk

mengurangi berat implan dan untuk menempelkan implan ke tulang femur dengan aman juga

meningkatkan proses osseointerasi. Desain AHP terbaik untuk kelelahan akibat pembebanan statis

adalah desain AHP dengan ketebalan 15 mm dan 1 lubang yang terbuat dari material CoCrMO [4].

Material Thickness Number of Hole Total Deformation (mm)

CoCrMo

12

0 13,914

1 13,848

2 13,77

3 13,706

4 13,658

13

0 14,149

1 14,068

2 14,007

3 13,952

4 13,908

14

0 14,228

1 14,156

2 14,092

3 14,04

4 13,996

15

0 14,075

1 13,99

2 13,919

3 13,855

4 13,812

Page 15: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

9

BAB III STATUS LUARAN Penelitian ini telah memiliki luaran berupa:

1. International Conference

Penelitian ini telah diikutkan pada acara International Meeting on Advances in Materials

(i-MAM) 2020 yang diadakan oleh Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas

Teknik, di Universitas Indonesia yang akan dipresentasikan pada tanggal 16-17 Nopember

2020. Paper yang akan dipresentasikan berjudul “Finite Element Analysis of New Artificial

Hip Joint Design. Selain itu paper dengan judul “Finite Element Analysis of New Design

Artificial Hip Prosthesis” juga telah didaftarkan pada acara “The 4th International Conference

on Materials and Metallurgical Engineering and Technology (ICOMMET) 2020” yang akan

dipresentasikan pada tanggal 19-20 Oktober 2020.

2. Hak Paten Sederhana

Penelitian ini telah menghasilkan suatu desain imlan tulang pinggul (artificial hip joint),

kemudian desain ini telah didaftarkan Hak Paten Sederhana. Untuk progress kemajuan dar

pengurusan hak paten sederhana ini masih berupa perbaikan draft setelah mendapat revisi dari

pihak LPPM ITS.

3. Jurnal Internasional

Penelitian ini akan di submit ke Jurnal International terindeks Scopus (Minimal Q2), untuk

proses kemajuan dari pembautan Jurnal Internasional ini masih dalam pembuatan draft dan

proses simulasi dan pengumpulan data untuk melengkapi draft.

4. Thesis

Penelitian ini akan dibuat pula sebagai Thesis oleh mahasiswa S2 Teknik Material dan

Metalurgi atas nama Fahny Ardian (02511950010004). Untuk progress kemajuan dari thesis

ini telah sampai pada bab 3 dan rencananya akan dilakukan seminar proposal pada desember

2020.

Selain luaran diatas, penelitian ini juga menghasilkan luaran beruapa beberapa desain baru

dari artificial hip prosthesis bagi PT. Pelopor Teknologi Implantindo yang nantinya akan dapat

diproduksi untuk memenuhi kebutuhan implant dalam negri dengan berbagai ukuran dan

geometri yang beragam.

Page 16: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

10

BAB IV PERAN MITRA

Pada penelitian ini dilakukan dengan bantuan mitra yaitu PT. Pelopor Teknologi

Implantindo Mojokerto. Mitra tersebut dalam penelitian ini memiliki beberapa peran dan tugas

antara lain:

1. Melakukan pengujian awal dari material bahan baku

2. Melakukan desain implant

3. Melakukan pengecoran implant dari desain yang telah dilakukan simulasi dengan

ANSYS

4. Melakukan pengujian komposisi dari produk implant hasil investment casting

Page 17: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

11

11

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN Kendala yang dialami pada saat penelitian adalah keterbatasan perangkat computer

untuk dapat melakukan simulasi dengan software ANSYS 19.1 dan karena pandemi COVID

19 maka akses untuk melakukan penelitian di laboratorium di ITS sangat terbatas.

Page 18: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

12

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA Tahun pertama fokus pada pembuatan desain yang digunakan untuk implant. Setelah

pembuatan desain artificial hip joint selesai maka dilanjutkan dengan proses simulasi

menggunakan software ANSYS 2019. Analisis ini digunakan untuk mensimulasikan

fenomena yang akan terjadi pada saat pembuatan model.

Gambar 6.1 Geometri dan desain Artificial Hip Joint yang akan diproduksi dengan metode

investment casting

Permodelan pertama dilakukan dengan menggunakan analisa transient thermal untuk

mengetahui distribusi temperatur. Selanjutnya, dilakukan analisa couple-field dengan

transient structural. Analisa coupled field dapat merepresentasikan efek termal untuk

dikaitkan pada fenomena lain. Analisa transient structural kemudian dilakukan untuk

mengetahui tegangan termal dan shrinkage yang terjadi pada produk. Analisa termal pada

permodelan ini menggunakan program Ansys Workbench 19.1 dengan modul transient

thermal. Analisa transient thermal menentukan temperatur dan besaran termal lain yang

berubah terhadap waktu. Sebuah analisa transient thermal pada dasarnya memiliki prosedur

yang sama dengan analisa steady-state thermal, perbedaan utama diantara keduanya adalah

sebagian besar pembebanan pada analisa transient adalah fungsi terhadap waktu. Tabel 6.1

menunjukkan beberapa sifat dari material yang harus dimasukkan ke dalam permodelan untuk

mendapatkan output yang diinginkan [9][10].

Page 19: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

13

Tabel 6.1 Input dan output pada Analisa permodelan

Analisa Modul Input Output

Termal Transient

Thermal

Konduktivitas termal,

koefisien panas spesifik,

densitas

Distribusi temperatur

Struktural Transient

Structural

Modulus elastisitas, poisson

ratio, koefisien ekspansi

termal

Tegangan termal,

shrinkage

Sebelum dilakukan investment casting akan kita lakukan Analisa permodelan

menggunakan ANSYS. Permodelan pada investment casting dilakukan dua tahap.

Permodelan pertama dilakukan dengan menggunakan analisa transient thermal untuk

mengetahui distribusi temperatur. Selanjutnya, dilakukan analisa couple-field dengan

transient structural. Analisa coupled field dapat merepresentasikan efek termal untuk

dikaitkan pada fenomena lain. Analisa transient structural kemudian dilakukan untuk

mengetahui tegangan termal dan shrinkage yang terjadi pada produk Investment Casting.

Analisa termal pada permodelan ini menggunakan program Ansys Workbench 19.1 dengan

modul transient thermal. Analisa transient thermal menentukan temperatur dan besaran

termal lain yang berubah terhadap waktu. Sebuah analisa transient thermal pada dasarnya

memiliki prosedur yang sama dengan analisa steady-state thermal, perbedaan utama diantara

keduanya adalah sebagian besar pembebanan pada analisa transient adalah fungsi terhadap

waktu. Tabel dibawah ini menunjukkan beberapa sifat dari material yang harus dimasukkan

ke dalam permodelan untuk mendapatkan output yang diinginkan [10].

Tabel 6.2 Input dan output pada analisa transient thermal

Analisa Modul Input Output

Termal Transient

Thermal

Konduktivitas termal, koefisien

panas spesifik, densitas Distribusi temperatur

Struktural Transient

Structural

Modulus elastisitas, poisson

ratio, koefisien ekspansi termal

Tegangan termal,

shrinkage

Analisa termal yang pertama adalah analisa mengenai distribusi temperatur pada hasil

coran. Shrinkage merupakan peristiwa menyusutnya volume selama proses pengecoran

setelah dilakukan pendinginan. Untuk menghitung shrinkage yang terjadi selama

pendinginan, diperlukan nilai deformasi pada hasil coran di setiap sumbu. Selanjutnya,

geometri awal produk dikurangi dengan deformasi tersebut sehingga didapatkan volume akhir

produk. Dengan mengurangkan volume awal dengan volume akhir, maka didapatkan

besarnya shrinkage pada produk investment casting. Selain itu dilakukan juga simulasi

menggunakan modul Static Structural yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan produk,

dari artificial hip joint dengan berbagai pembebanan (berdiri, duduk, berjalan, melompat dan

berlari). Apabila hasil analisa ANSYS sudah menunjukkan hasil yang seperti apa yang

dinginkan maka proses selanjutnya berupa pengecoran dengan metode investment casting

dengan bahan logam CoCrMo [11][12]. Kemudian dilakukan pelapisan hidroksi apatit untuk

Page 20: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

14

meningatkan kemampuan biocompatibility. Alasan pemakaian material CoCrMo adalah

karena material jenis ini memiliki sifat mekanik yang naik, lebih ringan dan memiliki

ketahanan korosi yang baik. Sedangkan proses pelapisan (coating) menggunakan

hidroksiapatit adalah untuk meingkatkan fixation antara artificial hip joint dengan femur bone

dan juga mengurangi laju munculya debris yang disebabkan mekanik maupun chemical

[13][14].Untuk kegiatan pengecoran dengan metode investment casting dan proses coating

dilakukan di PT. Pelopor Teknologi Implantindo, Mojokerto, Jawa Timur.

Page 21: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

v

BAB VII DAFTAR PUSTAKA

[1] Rogerz, Kara.2011. Bone and Muscle Structure, Force and Motion. Britannica

Educational Publishing. New York

[2] www.Kemenkes.go.id

[3] World Health Organization FRAX, Calculation, 2011

[4] Colic, K. 2016. The Current Approach to Research and Design of The Artificial

Hip Prothesis. University of Berlgarde, Innovation Center. Serbia

[5] Smallman. & A.H.W. Ngan, 2007. Physical Metallurgy and Advanced Material,

Sevent Edition. Elsevier Science and Sabre Foundation Book

[6] Iyer, Mohan. 2018, The Hip Joint in Adults Advance and Developments, Pan

Stanford Publishing Pte. Ltd. Singapore

[7] Hasirci, Vasif. 2018. Fundamentals of Biomaterials, Springer Science. New York

[8] Buddy D, Ratner. 2013. Biomaterials Science an Introduction to Materials in

Medicine. Third Edition, Elsevier Science and Sabre Foundation Book.

[9] Park, John and Lakes. 2007. Biomaterials in Introduction. Third edition. Vol 1.USA

CRC Press

[10] Xiaolin. 2019. Finite Element Modelling and Simullation with ANSYS Workbench.CRC Press.

London

[11] Campbell. 2015. Complete Casting Handbook.Elsevier.Ltd.USA

[12] Carmen. 2019. Support Vector Representation Machine for Superalloy Investment

Casting Optimization. Department of Engineering and Architecture, University of

Trieste. Italy

[13] Nabakumar, Pramanik, Mishra, Indranil, Tapas Kumar, Parag Bhargava. 2009.

Chemical Synthesis, Characterization, and Biocompatibility Study of

Hidroxyapatite/Chitosan Phosphate Nanocomposite for Bone Tissue Engineering

Application. International Journal of Biomaterials. Volume Article ID 512417

[14] Yildrim, Oktay. 2004. Preparation and Characterization of Chitosan/Calsium

Phosphate Bases Composite, Turkey.

Page 22: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

vi

BAB VIII LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel Daftar Luaran

TABEL DAFTAR LUARAN

Program : Penelitian Kemitraan

Nama Ketua : Yuli Setiyorini, S.T., MPhil., Ph.D. Eng.

Judul : Produksi Hip Joint Prosthesis berbasis CoCrMo Alloy dengan Investment Casting

dalam rangka mencapai TKD

1. Artikel Jurnal

No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan

1 Artificial Hip Prosthesis Simulation

Using FEA

Material and

Design(Q1) Persiapan Draft

2. Artikel Konferensi

No Judul Artikel

Detail Konferensi (Nama

Penyelenggara, tempat,

tanggal)

Status Kemajuan

1

Finite Element Analysis of

New Design Artificial Hip

Prosthesis

Departemen Teknik

Material dan Metalurgi, ITS

Surabaya. 19-20 Oktober

2020

Accepted

2

Finite Element Analysis of

New Artificial Hip Joint

Design

Departemen Teknik

Metalurgi dan Material,

Universitas Indoensia. 16-

17 Nopember 2020

Accepted

3. Paten

No Judul Usulan Status Kemajuan

1 Desain Implan Tulang Pinggul Buatan Berbahan

Dasar Cobalt Chrome Molibdenum

Draft Paten (menunggu

TTD dari Pihak LPPM

ITS)

4. Tesis

No Nama Mahasiswa NRP Judul Status

1 Fahny Ardian 02511950010004

Simulation of

Artificial Hip

Prosthesis Using

Finite Element

Analysis Under

Static and Dynamic

Loading

Sidang

Proposal

Thesis Bulan

Desember

2020

Page 23: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

vii

Lampiran 2. Bukti Accepted dari International Meeting on Advances in Materials

(i-MAMM) 2020, Universitas Indonesia

Page 24: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

viii

Lampiran 3. Bukti Accepted dari International Conference on Materials and Metallurgical

Engineering and Technology (ICOMMET) 2020, ITS

Page 25: LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN KEMITRAAN DANA ITS 2020

1

Ringkasan penelitian berisi latar belakang penelitian,tujuan dan tahapan metode

penelitian, luaran yang ditargetkan, kata kun