DESAIN, PEMBUATAN, DAN PENGUJIAN PROTOTIPE TOTAL LUMBAR DISC REPLACEMENT

RELA ADI HIMAROSA, Dr. Suyitno, S.T., M.Sc.

2017 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Implan Total Disc Replacement (TDR) merupakan bagian dari prostesis (prosthesis) untuk mengatasi penyakti degeneratif disk (disc) dengan tetap mempertahankan kemampuan gerak disk. Implan TDR memungkinkan memperoleh kembali gerakan tulang belakang, mampu menyerap getaran antar tulang belakang (intervertebral disc), serta mengembalikan ketinggian antar ruas tulang belakang. Penelitian ini membuat model baru implan TDR yang mampu di produksi di Indonesia dengan melakukan uji statis untuk mengetahui kemampuan mekanis dari prototipe implan TDR model baru. Simulasi finite element diperlukan sebelum tahap manufaktur prototipe. Hasil simulasi yang diperoleh dari software Abaqus 6.14 menjadi dasar bahwa desain tersebut aman dari kegagalan mekanik. Uji simulasi dilakukan dengan model static general, non linear dengan mempertimbangkan sifat plasticity material dari UHMWPE. Manufaktur menggunakan mesin CNC 3 Aksis dan dilakukan pengujian prototipe menggunakan standar ASTM 2077 dengan dua model pengujian pada posisi mendatar untuk memperoleh kekuatan tekan dan miring dengan sudut kemiringan 27 derajat untuk kekuatan tekan geser. Hasil simulasi menunjukkan kerusakan UHMWPE inlay terjadi pada batas geometri setengah bola. Tegangan terkonsentrasi menyebabkan terjadi deformasi sehingga ketinggian radius bola akan mengalami pergeseran maksimal mencapai 0,69 mm simulasi model tekan dan 0,95 pada model tekan geser. Nilai tegangan Von Mises saat pembebanan. Hasil eksperimen uji statis implan TDR menunjukkan bahwa kekuatan maksimal UHMWPE inlay dapat menahan beban sebesar 7286 N untuk pengujian tekan dan 7098 N untuk pengujian tekan geser. Pergeseran yang terjadi sebesar 0,6 mm pada model uji tekan, dan 1,2 mm model uji tekan geser.

ABSTRACT Total Disc Replacement (TDR) implant is part of the prosthesis to treat degenerative disease by retaining the maneuverability of the disk itself. The TDR implant allows to repair the movement of the spines, absorbs the friction of intervertebral discs, and restore the height of the vertebrae. In this study, we constructed a new model of TDR implant, which is feasible to be mass-produced in Indonesia and performed statictst to examine the mechanical properties of the new model. Before starting the prototype production, the finite element simulation is necessary. Simulation using Abaqus 6.14 software show that our design is safe from mechanical failure. The simulation test was performed using the static general model, non linear by considering the plasticity of UHMWPE material. Manufactured using CNC 3 Axis and the prototype was tested with ASTM 2077 standards, using two calibration model on horizontal position and tilted position of 27° to measure the compressive strength and shear strength respectively. The simulation results show that the failure of UHMWPE inlay occurs in hemispherical shape. Concentrated stress causes deformation so that height the hemispherical shape will deformed maximum of 0,69 mm compressive model and 0,95 compressive-shear model. The static experiment of TDR implant showed that the maximum strength of UHMWPE inlay can load 7286 N in compressive test and 7098 N in compressive-shear test. Deformation maximum of 0,6 mm compressive test and 1,2 mm compressive-sehar test.

Kata Kunci : TDR, implant, prostesis, intervertebral disc, finite element