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,
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
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
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
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 Data
24
Dry Sliding
Foto Mikro 150X- UHMWPE - Load 10 kg pada Kecepatan 0,13 m/s
Sebelum Sesudah
Analisa dan Pembahasan
25
Sebelum Sesudah
Foto Mikro 150X- UHMWPE - Load 2 kg pada Kecepatan 0,13 m/s
Analisa dan Pembahasan
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
Analisa dan Pembahasan
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
Analisa Data
32
Lubrication
Foto Mikro 150X- UHMWPE - Load 2 kg pada Kecepatan 0,13 m/s
Sebelum Sesudah
Analisa dan Pembahasan
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
Analisa dan Pembahasan
34
Sebelum Sesudah
Foto Mikro 150X- UHMWPE - Load 2 kg pada Kecepatan 0,23 m/s
Analisa dan Pembahasan
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
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.