Perancangan Sistem Saluran pada Pengecoran Knee Joint Prosthetic

Diah Ayu Widyaningrum, Dr. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T.

2023 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN

Amputasi merupakan salah satu tindakan yang menyebabkan seseorang kehilangan anggota gerak dan tidak mampu melakukan berbagai aktivitas. Untuk mengganti fungsi anggota tubuh yang telah diamputasi dapat menggunakan prosthetic. Salah satu jenis prosthetic adalah Above-knee prosthetic yang digunakan sebagai alat pengganti kaki untuk pasien yang kehilangan anggota gerak bawah. Terdapat knee joint pada prosthetic yang dibuat dengan proses pengecoran. Namun terdapat masalah yang timbul dari pembuatan knee joint yaitu terjadi cacat pada produk hasil pengecoran. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk merancang dimensi saluran pengecoran dengan tujuan mendapatkan produk hasil cor yang optimal. Penelitian dilakukan menggunakan simulasi dan eksperimen.

            Penelitian menggunakan material Aluminium-Si yang disimulasikan menggunakan software Solidcast. Variasi desain saluran pengecoran yaitu Tipe A dengan luas 300 mm² , Tipe B dengan luas 500 mm², dan Tipe C dengan luas 720 mm². Hasil simulasi terbaik akan dilanjutkan dengan memvariasikan tinggi salurannya. Setelah itu dilakukan pengecoran dan dilanjutkan dengan pengamatan makro, densitas, struktur mikro, scanning electron microscope, dan kekerasan. Cacat yang diamati berfokus pada porositas dan penyusutan.

            Hasil simulasi menunjukkan bahwa desain saluran Tipe C tidak terindikasi cacat serta tinggi minimum yang menghasilkan produk terbaik adalah 50 mm. Sedangkan pada eksperimennya terjadi porositas sebesar 2,4%. Pemindaian SEM menunjukkan bahwa rongga porositas memiliki butir-butir halus di dasar dan bentuknya yang tidak teratur sehingga ini menjadi indikasi bahwa cacat porositas terjadi karena. Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa butir Si pada daerah dekat porositas lebih besar dibandingkan daerah bebas porositas. Ukuran butir Si juga berpengaruh pada nilai kekerasan yaitu semakin halus butir Si maka akan semakin besar nilai kekerasannya. Hal ini ditunjukkan dari hasil uji kekerasan dimana nilai kekerasan rata-rata pada daerah dekat porositas adalah 47 BHN dan pada daerah bebas porositas 53 BHN.

Amputation is an action that causes a person to lose limbs and is unable to carry out various activities. To replace the function of an amputated limb, a prosthetic can be used. One type of prosthetic is the Above-knee prosthetic which is used as a leg substitute for patients who have lost lower limbs. There is a knee joint on the prosthetic which is made by a casting process. However, there are problems that arise from the manufacture of knee joints, namely defects in the casting product. Therefore, this study aims to design the dimensions of the casting channel with the aim of obtaining optimal casting results. The research was conducted using simulations and experiments.

The research used Aluminum material which was simulated using Solidcast software. There were three variations of the sprue's casting design, namely Type A with an area of 300 mm2, Type B with an area of 500 mm2, and Type C with an area of 720 mm2. The best simulation results will be continued by varying the sprue’s height. After that, casting was carried out and continued with testing of macro-observation, density, microstructure, scanning electron microscope, and hardness. The observed defects focus on porosity and shrinkage.

The simulation results show that the Type C canal design has no defects and the minimum height that produces the best product is 50 mm. While in the experiment there was a porosity of 2.4%. The SEM scan shows that the porosity cavity has fine grains at the bottom and an irregular shape so this is an indication that the porosity defects occur due to. Microstructural observations show that the Si grains in the region near the porosity are larger than those in the region free of porosity. The grain size of Si also affects the hardness value, namely the finer the Si grains, the greater the hardness value. This is shown from the results of the hardness test where the average hardness value in the area near the porosity is 47 BHN and in the area free of porosity is 53 BHN.

Kata Kunci : Casting, hardness Brinell, shrinkage, knee joint, porosity, SEM, sprue.