Simulasi Pembuatan Femoral Stem Hip Arthroplasty Dengan Material Stainless Steel 316l Berbentuk Plat Pada Proses Hot Forging

Hutajul, Jimmy Claudio (2022) Simulasi Pembuatan Femoral Stem Hip Arthroplasty Dengan Material Stainless Steel 316l Berbentuk Plat Pada Proses Hot Forging. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000030-Undergraduate Thesis.pdf Download (3MB)

Abstract

Radang sendi adalah peradangan pada satu atau lebih persendian yang membuat persendian menjadi kaku dan sulit digerakkan. Osteoarthritis (OA) menjadi salah satu jenis radang sendi (arthritis) yang paling umum. Osteoarthritis merupakan kelainan degerasi sendi yang terjadi pada cartilage (tulang rawan) yang ditandai dengan timbulnya nyeri saat terjadi penekanan pada sendi yang terkena. Operasi total hip arthroplasty (THA) merupakan operasi medis yang sukses, aman dan hemat biaya untuk memulihkan fungsi sendi panggul. THA adalah penggantian sendi panggul yang mengalami degenerasi dimana bagian bulat dari sambungan diganti seluruhnya (pendekatan konvensional). Jumlah orang yang menjalani operasi THA diperkirakan akan terus meningkat karena populasi yang menua, penurunan usia rata-rata pada operasi pertama dan masa hidup prostesis yang terbatas (Holzwarth, 2012). Operasi pemasangan implan sendi panggul meningkat setiap tahun di Indonesia. Untuk memenuhi kebutuhan secara nasional, Indonesia masih mengimpor hip prosthesis. Akan tetapi bentuk anatomi orang Indonesia, yaitu ras Mongoloid menjadi kendala karena berbeda dengan anatomi ras lain yang ada di dunia. Oleh karena itu, penelitian ini dibutuhkan untuk memodelkan hip prosthesis yang sesuai dengan masyarakat Indonesia. Proses manufaktur yang banyak digunakan untuk membuat implant tulang pada bidang medis adalah dengan hot forging. Proses hot forging dalam penelitian ini akan disimulasikan menggunakan material stainless steel 316L berbentuk plat sebagai material workpiece untuk pembuatan femoral stem. Beberapa tahapan dilakukan dalam penelitian ini. Pemodelan workpiece untuk proses forging digambar menggunakan software Solidworks dengan menyesuaikan dimensi femoral stem dan geometri die forging. Proses simulasi menggunakan metode elemen hingga dengan software ANSYS Workbench LS-DYNA. Tahapan dalam proses simulasi adalah pendefinisian material, set-up simulasi, meshing pada workpiece forging, penentuan parameter forging, dan analisis hasil. Proses simulasi dilanjutkan dengan variasi workpice dan kecepatan penempaan yang berbeda. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pemilihan dimensi workpiece dapat memengaruhi gaya yang dibutuhkan pada proses forging. Selain itu, kecepatan forging kemungkinan tidak berpengaruh terhadap gaya yang dibutuhkan pada proses forging. Dalam penelitian ini workpiece 14 mm dengan kecepatan forging 250 mm/s merupakan variasi terbaik dengan gaya forging paling rendah, yaitu 44269 N. Hasil simulasi juga menunjukkan bahwa pemilihan dimensi workpiece dapat memengaruhi tegangan equivalent maksimum pada produk hasil forging. Selain itu, kecepatan forging kemungkinan tidak berpengaruh terhadap tegangan equivalent maksimum pada produk hasil forging. Dalam penelitian ini workpiece 12 mm engan kecepatan forging 250 mm/s merupakan variasi workpiece terbaik dengan tegangan equivalent maksimum yang paling kecil, yaitu 758,54 MPa. Akurasi geometri yang dihasilkan pada setiap variasi sudah mendekati hasil yang diharapkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pemilihan dimensi workpiece dapat memengaruhi akurasi geometri pada produk hasil simulasi. Selain itu, kecepatan forging kemungkinan tidak berpengaruh terhadap akurasi geometri pada produk hasil simulasi. Dalam penelitian ini workpiece 14 mm dengan kecepatan forging 250 mm/s merupakan variasi workpiece terbaik dengan rata-rata error pada akurasi geometri yang paling kecil, yaitu error pada volume sebesar 4,51%, error pada luas permukaan sebesar 2,93%, error pada panjang sebesar 0,0027%, error pada sudut CCD sebesar 0%, error pada diameter 1 sebesar 3,36%, dan error pada diameter 2 sebesar 6,46%. Oleh karena itu pada penelitian ini dapat disimpulkan bahwa variasi workpiece 14 mm dengan kecepatan forging 250 mm/s merupakan variasi terbaik dengan kebutuhan gaya paling rendah dan rata-rata error pada akurasi geometri yang paling kecil.
==================================================================================================================================
Arthritis is inflammation of one or more joints that makes the joints stiff and difficult to move. Osteoarthritis (OA) is one of the most common types of arthritis. Osteoarthritis is a degenerative joint disorder that occurs in the cartilage which is characterized by pain when there is pressure on the affected joint. Total hip arthroplasty (THA) surgery is a successful, safe and cost-effective medical operation to restore hip joint function. THA is a degenerated hip joint replacement in which the round part of the joint is completely replaced (conventional approach). The number of people undergoing THA surgery is expected to continue to increase due to the aging population, decreasing mean age at first surgery and limited lifespan of prostheses (Holzwarth, 2012). Hip joint implant surgery is increasing every year in Indonesia. To meet national needs, Indonesia is still importing hip prostheses. However, the anatomical shape of the Indonesian people, namely the Mongoloid race, becomes an obstacle because it is different from the anatomy of other races in the world. Therefore, this research is needed to model a hip prosthesis that is suitable for Indonesian society. The manufacturing process that is widely used to make bone implants in the medical field is hot forging. The hot forging process in this study will be simulated using 316L stainless steel material in the form of a plate as a workpiece material for the manufacture of femoral stems. Several stages were carried out in this research. Workpiece modeling for the forging process was drawn using Solidworks software by adjusting the dimensions of the femoral stem and the geometry of the forging die. The simulation process uses the finite element method with ANSYS Workbench LS-DYNA software. The stages in the simulation process are material definition, simulation set-up, meshing on the forging workpiece, determination of forging parameters, and analysis of results. The simulation process is continued with different workpice variations and forging speeds. The simulation results show that the selection of workpiece dimensions can affect the force required in the forging process. In addition, the forging speed may not affect the force required in the forging process. In this study, a workpiece with a thickness of 14 mm and a forging speed of 250 mm/s is the best variation with the lowest forging force, which is 44269 N. The simulation results also show that the choice of workpiece dimensions can affect the maximum equivalent stress on the forging product. In addition, the forging speed may not affect the maximum equivalent stress on the forging product. In this study, a workpiece with a thickness of 12 mm and a forging speed of 250 mm/s is the best variation of the workpiece with the smallest maximum equivalent stress, which is 758.54 MPa. The resulting geometric accuracy in each variation is close to the expected results. The simulation results show that the selection of workpiece dimensions can affect the geometry accuracy of the simulated product. In addition, the forging speed may not affect the geometry accuracy of the simulated product. In this study, a workpiece with a thickness of 14 mm and a forging speed of 250 mm/s is the best variation of the workpiece with an average error of the smallest geometric accuracy, namely an error in volume of 4.51%, an error in surface area of 2.93%. , error in length is 0.0027%, error in CCD angle is 0%, error in diameter 1 is 3.36%, and error in diameter 2 is 6.46%. Therefore, in this study it can be concluded that the variation of the workpiece with a thickness of 14 mm and a forging speed of 250 mm/s is the best variation with the lowest force requirement and the smallest average error in geometric accuracy

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 671.332 Hut s-1 2022
Uncontrolled Keywords:	THA, simulasi, hot forging, femoral stem, stainless steel 316L
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7 Turbogenerators. Steam-turbines
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	18 Feb 2025 05:55
Last Modified:	18 Feb 2025 05:55
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118788

Actions (login required)

View Item