Simulasi Preforming Pembuatan Femoral Stem Hip Arthroplasty Dengan Metode Hot Forging

Indayati, Andina Mei Dwi (2022) Simulasi Preforming Pembuatan Femoral Stem Hip Arthroplasty Dengan Metode Hot Forging. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000004-Undergraduate Thesis.pdf Download (5MB)

Abstract

Osteoarthritis (OA) didefiniskan sebagai penyakit degeneratif yang bersifat progresif pada tulang rawan sendi. Kondisi ini mengakibatkan rasa nyeri, kaku sendi, deformitas, serta ketidaknyamananan saat bergerak. Prevalensi OA meningkat seiring dengan bertambahnya umur dan obesitas. Ostheoarthritis panggul (hip osteoarthritis) yang terjadi pada sendi panggul (sendi ball-and-socket) dengan femoral head dengan kondisi cekung yang dibentuk oleh acetabulum dan labrum dan disokong oleh femoral stem merupakan penyebab paling umum pada nyeri pinggul. Salah satu perawatan bedah yang dapat menyembuhkan penyakit ini adalah Hip arthroplasty. Material implan yang umum digunakan adalah biomaterial berbasis logam seperti baja tahan karat (stainless steel) dan titanium. Titanium alloy yang sering digunakan sebagai implan medis adalah Ti-6Al-4V karena sifat biokompatibilitasnya sangat baik, ketahanan terhadap korosi, kekuatan, dan keuletannya tinggi. Pembuatan implan terutama dalam femoral stem pada hip prosthesis pada umumnya dibuat dengan metode pengecoran (wax casting) atau penempaan (forging). Namun material implan yang dibuat secara ditempa memiliki sifat mekanik yang lebih baik dibandingkan dibuat dengan metode casting. Ada dua Tahapan dalam pembuatan Femoral Stem yiatu preforming dan lastforming. Dalam penelitian ini proses hot forging akan disimulasikan pada tahap preforming dengan menggunakan material titanium alloy Ti-6Al-4V sebagai material. Geometri dies dan workpiece untuk proses preforming dimodelkan pada software 3D Solidworks. Proses simulasi dilakukan dengan software ANSYS menggunakan finite element methode pada subtool LS�DYNA. Dimulai dengan tahap pendefinisian material, set up, meshing, dan analisis hasil. Variasi dimesin workpiece yang akan digunakan dilakukan untuk mengetahui geometri hasil akhir yang dihasilkan dari setiap variasi yang dilakukan dalam mencapai geometri workpiece pada preforming yang diinginkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pemodelan dies untuk proses preforming yang telah dilakukan pada penelitian ini sudah baik dari dihasilkannya dimensi geometri workpiece dari simulasi yang telah dilakukan pada variasi diameter 18,5 mm, 19,5 mm, dan 19 mm yang sesuai dengan geometri femoral stem preforming dan sesuai standar toleransi dimensi yang ditentukan. Pada variasi diameter 20 mm terdapat bagain yang tidak memenuhi standar pada bagian geometri panjang workpiece sebesar 149,12 mm dan pada variasi diameter 20 mm juga terdapat bagian dimensi geometri yang dihasilkan melebihi toleransi yang telah ditentukan sebesar 20,32 mm. Hal tersebut dapat diatasi dengan proses machining yang memang seharusya dilakukan setelah proses hot forging untuk memperbaiki permukaan hasil akhir workpiece. Sehingga diperlukan adanya toleransi dari dies yang didesain agar geometri workpiece yang diharapkan tetap dapat terpenuhi setelah proses machining dilakukan. Hasil Analisa gaya pembebanan yang dibutuhkan workpiece saat pembentukan menunjukkan bahwa semakin besar diameter atau ketebalan workpiece yang digunakan maka semakin besar juga gaya pembebanan yang dibutuhkan. Gaya pembebanan terbesar mencapai 1911,6 kN yaitu pada variasi diameter 20 mm, dan gaya pembebanan terkecil sebesar 1053,3 kN yaitu pada variasi diameter 18,5 yang Nama Mahasiswa : Andina Mei Dwi Indayati NRP : 02111840000004 Departemen : Teknik Mesin FTIRS-ITS Dosen Pembimbing : Dinny Harnany, S.T., M.Sc. merupakan diameter terkecil dari variasi lainnya. Sehingga variasi tersebut dikatakan yang paling baik karena selain geometri workpiece yang dihasilkan cukup akurat, gaya pembebanan yang dibutuhkan juga paling minimal. Hasil Analisa tersebut sesuai dengan teori rumus gaya pembebanan forging dimana nilai gaya pembebanan berbanding lurus dengan luas penampang lintang dari workpiece yang digunakan.
==================================================================================================================================
Osteoarthritis (OA) is defined as a progressive degenerative disease of joint cartilage. This condition causes pain, joint stiffness, deformity, and discomfort when moving. The prevalence of OA increases with age and obesity. Hip osteoarthritis (hip osteoarthritis) that occurs in the hip joint (ball-and-socket joint) with a concave femoral head formed by the acetabulum and labrum and supported by the femoral stem is the most common cause of hip pain. One surgical treatment that can cure this disease is Hip arthroplasty. The implant materials commonly used are metal-based biomaterials such as stainless steel and titanium. The titanium alloy that is often used as medical implants is Ti-6Al-4V because of its excellent biocompatibility, corrosion resistance, strength, and high ductility. Implants, especially in the femoral stem of the hip prosthesis, are generally made by wax casting or forging methods. However, forged implant materials have better mechanical properties than those made using the casting method. There are two stages in the manufacture of Femoral Stem, namely preforming and final forming. In this study, the hot forging process will be simulated at the preforming stage using titanium alloy Ti-6Al-4V as the material. The dies and workpiece geometries for the preforming process are modeled in 3D Solidworks software. The simulation process is carried out with ANSYS software using the finite element method on the LS-DYNA subtool. Starting with the stage of defining the material, setting up, meshing, and analyzing the results. Variations in the workpiece machine that will be used are carried out to determine the geometry of the final result resulting from each variation made in achieving the desired workpiece geometry on preforming. The simulation results show that the die modeling for the preforming process that has been carried out in this study is good from the resulting workpiece geometry dimensions from the simulations that have been carried out on diameter variations of 18.5 mm, 19.5 mm, and 19 mm which are in accordance with the geometry of the femoral stem preforming. according to the specified dimensional tolerance standards. In the 20 mm diameter variation there are parts that do not meet the standards in the geometry of the workpiece length of 149.12 mm, because the length of the workpiece in this variation is the smallest length variation value from other variations so that when the simulation is carried out, the material from the workpiece has been wasted. flash first before the cavity is filled. In the 20 mm diameter variation there are also parts of the resulting geometric dimensions that exceed the specified tolerance of 20.32 mm. This can be overcome by the machining process which should be done after the hot forging process to improve the surface of the workpiece finish. So it is necessary to have a tolerance of the dies designed so that the expected workpiece geometry can still be fulfilled after the machining process is carried out. The results of the analysis of the loading force required by the workpiece during formation show that the larger the diameter or thickness of the workpiece used, the greater the loading force required. The largest loading force reached 1911.6 kN, namely the Nama Mahasiswa : Andina Mei Dwi Indayati NRP : 02111840000004 Departemen : Teknik Mesin FTIRS-ITS Dosen Pembimbing : Dinny Harnany, S.T., M.Sc. diameter variation of 20 mm, and the smallest loading force of 1053.3 kN, namely the diameter variation of 18.5 which is the smallest diameter of the other variations. So that the variation is said to be the most appropriate because in addition to the geometry of the resulting workpiece is quite accurate, the loading force required is also the least. The results of the analysis are in accordance with the theory of the forging loading force formula where the value of the loading force is directly proportional to the cross-sectional area of the workpiece used.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 671.332 Ind s-1 2022
Uncontrolled Keywords:	Forging, ANSYS, implan, hip arthroplasty
Subjects:	T Technology > TN Mining engineering. Metallurgy > TN879.6 Welding
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	14 Feb 2025 07:46
Last Modified:	14 Feb 2025 07:46
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118745

Actions (login required)

View Item