Pengaruh Desain dan Material Cetakan Terhadap Kualitas Hasil Casting Rigid Polyurethane Foam Dalam Aplikasi Pembuatan Tulang Buatan

Amirudin, Julian Eka Putra (2025) Pengaruh Desain dan Material Cetakan Terhadap Kualitas Hasil Casting Rigid Polyurethane Foam Dalam Aplikasi Pembuatan Tulang Buatan. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007211107-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Kemajuan teknologi biomaterial dalam bidang kesehatan, khususnya di bidang ortopedi, telah membuka peluang besar terhadap pemanfaatan tulang buatan sebagai alternatif pengganti tulang manusia asli yang jumlahnya terbatas, biaya tinggi, serta menghadapi kendala etis. Tulang buatan memiliki keunggulan dapat digunakan secara berulang untuk keperluan simulasi medis dan pelatihan teknik bedah. Salah satu material yang berpotensi digunakan dalam pembuatan tulang buatan adalah Rigid Polyurethane Foam (RPUF), karena memiliki struktur mikro yang menyerupai tulang manusia. Untuk memperoleh karakteristik fisik dan mekanik yang sesuai dengan standar ASTM F1839, diperlukan formulasi material yang tepat. Namun demikian, untuk menghasilkan bentuk tulang buatan yang menyerupai tulang manusia secara presisi, pemilihan metode fabrikasi yang sesuai juga sangat diperlukan. Penelitian ini menggunakan metode pengecoran (casting) karena mampu menghasilkan bentuk akhir yang sesuai dengan geometri cetakan secara presisi. Dalam proses casting, desain dan material cetakan merupakan dua faktor krusial yang sangat memengaruhi kualitas hasil produk akhir, termasuk dalam hal distribusi material yang merata serta minimisasi cacat selama proses pengecoran. Pada penelitian ini, material cetakan yang digunakan adalah silikon RTV 226 dan silikon RTV 497, yang masing-masing dikombinasikan dengan dua variasi desain cetakan, yaitu desain vertikal (dengan orientasi lubang pouring basin dan vent sejajar sumbu Z) serta desain horizontal (dengan orientasi lubang pouring basin dan vent sejajar sumbu Y). Variasi material dan desain cetakan tersebut dianalisis berdasarkan hasil casting tulang buatan melalui pengamatan makrografi serta pengujian sifat mekanik, meliputi kekerasan, densitas, kekuatan tekan, dan modulus tekan guna memastikan kesesuaiannya dengan standar ASTM F1839. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan cetakan dengan material silikon RTV 226 dan desain vertikal memberikan hasil tulang buatan tidak memiliki defect, memiliki kesesuaian geometri, dan sifat mekanik yang lebih tinggi dan seragam. Desain vertikal lebih baik karena aliran terbantu gravitasi, tidak terbagi, dan mengalami kerugian tekanan (head loss) yang lebih kecil, sehingga pengisian rongga lebih cepat dan merata. Material silikon RTV 226 memiliki nilai kekerasan dan modulus elastisitas yang lebih tinggi sehingga mampu mempertahankan dimensi dari tulang buatan dan meningkatkan sifat mekaniknya. Tulang buatan yang dihasilkan dari kombinasi variasi tersebut memiliki nilai kekerasan rata-rata sebesar 83,65 Shore A, densitas rata-rata sebesar 297,18 kg/m³, kekuatan tekan rata-rata sebesar 10,22 MPa, serta modulus tekan rata-rata sebesar 103,04 MPa sesuai grade 20 pada ASTM F1839.
====================================================================================================================================
The advancement of biomaterial technology in the health sector, particularly in orthopedics, has opened up significant opportunities for the use of artificial bones as an alternative to real human bones, which are limited in number, costly, and face ethical constraints. Artificial bones have the advantage of being reusable for medical simulations and surgical technique training. One potential material for creating artificial bones is Rigid Polyurethane Foam (RPUF), due to its microstructure that resembles human bone. To achieve physical and mechanical characteristics that comply with the ASTM F1839 standard, a precise material formulation is necessary. However, to produce an artificial bone shape that accurately mimics human bone, selecting the appropriate fabrication method is also crucial. This study utilizes the casting method because it can produce a final shape that precisely matches the mold's geometry. In the casting process, the mold design and material are two crucial factors that significantly influence the quality of the final product, including even material distribution and the minimization of defects during the casting process. In this research, the mold materials used were silicone RTV 226 and silicone RTV 497, each combined with two mold design variations: a vertical design (with the pouring basin and vent holes oriented parallel to the Z-axis) and a horizontal design (with the pouring basin and vent holes oriented parallel to the Y-axis). These variations in material and mold design were analyzed based on the artificial bone casting results through macrographic observation and mechanical property testing, including hardness, density, compressive strength, and compressive modulus, to ensure compliance with the ASTM F1839 standard. The research findings indicate that using a mold made of silicone RTV 226 with a vertical design yielded an artificial bone with no defects, proper geometric conformity, and higher, more uniform mechanical properties. The vertical design is superior because the flow is assisted by gravity, is not divided, and experiences less pressure loss (head loss), resulting in faster and more even cavity filling. The silicone RTV 226 material has higher hardness and elastic modulus, enabling it to maintain the dimensions of the artificial bone and enhance its mechanical properties. The artificial bone produced from this combination has an average hardness of 83.65 Shore A, an average density of 297.18 kg/m³, an average compressive strength of 10.22 MPa, and an average compressive modulus of 103.04 MPa, conforming to grade 20 of ASTM F1839.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Rigid Polyurethane Foam, Pengecoran, Silikon RTV, Tulang Buatan, Cetakan, Rigid Polyurethane Foam, Casting, RTV Silicone, Artificial Bone, Mold
Subjects:	R Medicine > R Medicine (General) R Medicine > R Medicine (General) > R857.M3 Biomedical materials. Biomedical materials--Testing. T Technology > T Technology (General) T Technology > TP Chemical technology > TP1140 Polymers
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Julian Eka Putra Amirudin
Date Deposited:	04 Aug 2025 03:26
Last Modified:	04 Aug 2025 03:26
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/126578

Actions (login required)

View Item