STUDI EKSPERIMENTAL LAJU KEAUSAN PADA ULTRA HIGH … · sidang tugas akhir studi eksperimental laju...

Sidang Tugas Akhir

STUDI EKSPERIMENTAL LAJU KEAUSAN PADA ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE

(UHMWPE) DENGAN STAINLESS STEEL SEBAGAI SENDI LUTUT BUATAN (KNEE REPLACEMENT

PROSTHESIS) PADA MANUSIA

Nama : Moch. Solichin

NRP : 2108 100 083

Dosen Pembimbing

Ir. Yusuf Kaelani MSc., E.

NIP. 196511031996021001

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2012

Latar Belakang

1Sumber:

Raymond Posuma in Physical Medicine and Rehabilitation,

http://pmrehab.wordpress.com/author/posuma/



http://pmrehab.wordpress.com/category/physical-medicine-and-rehabilitation/



Latar Belakang

2

Video Arthritis

Latar Belakang

3

Kerusakan pada Sendi Lutut

Post-trauma arthritis Rheumatoid

Latar Belakang

4

SesudahSebelum

Total Knee Joint Replacement

Rumusan Masalah

5

1

• Bagaimana laju keausan ( specific wear rate) dari material UHMWPE variasi pembebanan dan kecepatan

2• Bagaimana pengaruh pemberian pelumas

dan tanpa pemberian pelumas

3

• Mengetahui foto mikro dari permukaan UHMWPE yang mengalami kontak dengan stainless steel.

Tujuan

6

Mengetahui spesific wear terhadap perubahan beban

Mengetahui pengaruh variasi kecepatan terhadap laju keausan

Mengeatahui efek pemberian pelumas dan tanpa pemberian pelumas

Mengetahui foto mikro dari permukaan UHMWPE

Batasan Masalah

7

1. Menggunakan variasi beban yaitu, 2 kg, 4 kg, 6 kg, 8 kg, dan 10 kg2. Variasi kecepatan yang digunakan adalah 31,3 rpm (0,13 m/s) dan

59,6 rpm (0,23 m/s)3. Putaran motor dan pembebanan (load) dianggap uniform pada

variasi kecepatan dan beban yang diberikan4. Material yang digunakan UHMWPE dan stainless steel

AISI 3045. Kenaikkan temperatur hanya disebabkan karena gesekan pada pin

dan disk6. Kajian hanya dilakukan pada temperatur kerja UHMWPE, pada

melting point dibawah 130-138ᵒC7. Pelumas yang digunakan adalah Bovine Serum.8. Alat uji yang digunakan adalah Tribometer Tipe pin on disk,

dengan gerak berputar searah.

Dasar Teori

8

Grafik Load - Koefisien Friksi

Sumber: (Bin-Bin Jia, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, Pei-Hong Cong, 2007)

Dasar Teori

9

Efek Load, Sliding Speed, and Lubrication

PolytertrafluoroethyleneSumber: (Bin-Bin Jia, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, Pei-Hong Cong, 2007)

Dasar Teori

10

Keterangan:V : volume keausan mm3

k : koefisien keausanW : load NL : panjang lintasan m H : hardness material PaΨ : wear rate m3/sv : sliding speed m/sK : Specific wear rate mm3/N.m

H

vWk

..

H

LWkV

..

H

kK

Rumus Specific Wear Rate

Sumber: Kenneth C Ludema

Dasar Teori

11

1. Mekanisme Keausan Adesif

3. Mekanisme Keausan Lelah

4. Mekanisme Keausan Korosif

2. Mekanisme Keausan Abrasive

Mekanisme Keausan

Dasar Teori

12

Pelumasan

Dasar Teori

15

Tegangan Maksimum pada 30º

8

Total Joint Replacement

FemoralStainless Steel

TibialUHMWPE

Metodologi

19

Alur Penelitian

Pra Pengujian Pengujian Pasca Pengujian

1. Kalibrasi Rpm2. Kalibrasi Load3. Pembuatan Pin4. Pembuatan Disk5. Persiapan

Pelumas6. Persiapan

Mikroskop Optik

1. Massa Pin Awal2. Pengambilan Data3. Massa Pin setelah

Pengujian4. Uji Struktur

Permukaan5. Pembuatan Tabel

Data6. (Lubrication,Dry

Sliding)

1. Mencari nilaiwear rate

2. Pembuatandan AnalisaGrafik

3. Analisa HasilUji StrukturPermukaan

4. Publikasi

Variabel dalam Penelitian

13

3. Variasi Kecepatan

2. Variasi Pembebanan

1. Variasi Kondisi1. Dry Sliding

2. Lubication

4. Beban 8 kg5. Beban 10 kg

3. Beban 6 kg2. Beban 4 kg1. Beban 2 kg

1. Kecepatan 0,13 m/s2. Kecepatan 0,23 m/s

Metodologi

14

Start

Studi Pustaka Observasi alat uji dan spesimen

Data input

Persiapan spesimen dan alat uji tribometer

Penelitian 1. Dry Sliding

Pengaturan pembebenan(P), sliding speed

n≤0,23

P≤10

Penelitian 2. Oil Lubrication

Pengujian struktur permukaan kontak

Data Output

Metodologi

15

Foto Kegiatan

Metodologi

16

Spesimen Penelitian

PinUHMWPE

DiskStainless Steel

PelumasBovine Serum

Densitas = 0,94 g/ccMelting Point = 130-138 °C

Densitas = 0,289 lb/in2Tensile Strength = 215 MPa

Sebagai Synovial Fluid

Metodologi

17Tribometer Tipe Pin on Disk

Pin Disk

Video Tribometer

18

Dasar Teori

19

Perhitungan Waktu Pengujian

Speed

controlRpm

Diameter wear

track d (m)

Panjang track

s (m)

t

(menit)

40 0.08 600

100 0.08 600

31.3

59,6

76,31

40,07

Dasar Teori

20

Alur Penelitian

Perubahan volume pin Specific wear rate

ΔV1 K1

ΔV2 K2

ΔV3 K3

ΔV4 K4

ΔV5 K5

Data Hasil Penelitian

21

Data PerhitunganDry Sliding pada Kecepatan 0,13 m/s dan 0,23 m/s

V = 0,13 m/s

V = 0,23 m/s

Data Hasil Penelitian

22

Data Perhitungan Lubrication pada Kecepatan 0,13 m/s dan 0,23 m/s

V = 0,13 m/s

V = 0,23 m/s

Analisa dan Pembahasan

23

Dry Sliding

Analisa Data

24

Dry Sliding

Foto Mikro 150X- UHMWPE - Load 10 kg pada Kecepatan 0,13 m/s

Sebelum Sesudah


25

Sebelum Sesudah



26

Dry Sliding

Foto mikro pada kecepatan 0,13 m/s kondisi Dry Sliding dengan variasi beban a) beban 2 kg; b) beban 6 kg; c) beban 10 kg

27

Foto Mikro 150X – Load 10 kg pada Kecepatan 0,23 m/s. a) sebelumb) sesudah1) specimen 12) specimen 2

Analisa Data

Dry Sliding


28

Dry Sliding

Foto mikro pada kecepatan 0,23 m/s kondisi Dry Sliding dengan variasi beban a) beban 2 kg; b) beban 6 kg; c) beban 10 kg


29

Dry Sliding


30

LUBRICATION


31

Lubrication

Analisa Data

32

Lubrication


Sebelum Sesudah


33

Lubrication

Foto mikro pada kecepatan 0,13 m/s kondisi Lubrication dengan variasi beban a) beban 2 kg; b) beban 6 kg; c) beban 10 kg


34

Sebelum Sesudah



35

Lubrication

Foto mikro pada kecepatan 0,23 m/s kondisi Lubrication dengan variasi beban a) beban 2 kg; b) beban 6 kg; c) beban 10 kg


36

Lubrication


37

Perbandingan antara Dry Sliding dengan Lubrication pada v= 0,13 m/s


38

Perbandingan antara Dry Sliding dengan Lubrication pada v= 0,23 m/s

Kesimpulan

39

1• Nilai Specific Wear Rate UHMWPE variasi beban, yaitu

rata-rata sebesar 2 x 10-5 mm^3/Nm.

2

• Nilai Specific Wear Rate UHMWPE akibat variasi kecepatan akan semakin turun , yaitu rata-rata sebesar 7 x10-6 mm^3/Nm.

3

• Gesekan antara UHMWPE dengan stainless steel pada kondisi lubrication dapat memperpanjang umur 8 kali lebih panjang daripada kondisi dry slyding.

4• Mekanisme keausan didominasi mekanisme abrasive

dan adhesif.

Saran

30

1.

• Penelitian selanjutnya bisa dikembangkan penelitian laju keausan dengan arah gerak yang bolak-balik sehingga lebih menyerupai gerak lutut sebenarnya

2.

• Foto mikro yang digunakan untuk mengetahui kontur permukaan gesekan masih menggunakan foto mikro perbesaran 150 kali, jadi penelitian ini lebih bisa dimaksimalkan dengan melakukan uji Scaning Electron Michroscophy (SEM) agar hasilnya lebih akurat.

Sidang Tugas Akhir

SekianTerimakasih

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2012

STUDI EKSPERIMENTAL LAJU KEAUSAN PADA ULTRA HIGH … · sidang tugas akhir studi eksperimental laju...

Documents

Transcript of STUDI EKSPERIMENTAL LAJU KEAUSAN PADA ULTRA HIGH … · sidang tugas akhir studi eksperimental laju...