DESAIN IMPLAN SENDI PANGGUL DAN SIMULASI PROSES PEMBUATAN FEMORAL STEM MELALUI PROSES COLD FORMING PADA MATERIAL STAINLESS STEEL 316L MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

DANY HENDIANA, Dr. Suyitno.,S.T.,M.Sc

2013 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Simulasi analisis tegangan bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan pada implan. Implan dirancang agar femoral stem dapat dibuat dengan proses cold forming, sehingga simulasi cold forming diperlukan untuk mengetahui apakah rancangan tersebut memungkinkan dibuat atau tidak. Implan sendi panggul yang dirancang merupakan implan dengan semen (cemented). Simulasi analisis tegangan dilakukan dengan kondisi pembebanan statis yang diambil pada beban puncak ketika berjalan, naik tangga, tersandung, berdiri 1 kaki, dan berlari yang di bebankan pada variasi femoral stem yaitu tebal 6 mm dan 8 mm, femoral stem berlubang dan tanpa lubang. Pada simulasi, implan dipasangkan dengan tulang femur dengan asumsi implan tersusun atas cancellous bone dan cortical bone dan dilapisi dengan semen. Bahan untuk femoral head dan femoral stem adalah stainless steel 316L. Simulasi cold forming dilakukan dengan mengatur displacement pada komponen penekan. Displacement diatur bergerak turun sejauh 20 mm. Penurunan komponen penekan menyebabkan pelat terdeformasi mengisi ruang pada cetakan. Penekan dan dinding pada cetakan merupakan rigid body. Pada simulasi analisis tegangan, femoral stem terbaik adalah femoral stem dengan tebal pelat 8 mm dengan tegangan maksimal ketika tersandung yaitu 428 MPa, sedangkan pada pelat 6 mm tegangan maksimal sebesar 613,6 MPa. Lubang yang diberikan tidak banyak berpengaruh terhadap tegangan maksimal. Proses cold forming ketika komponen penekan turun 13 mm, pelat telah mengisi seluruh ruang cetakan. Pada penurunan pelat dari 14 mm sampai 15 mm hanya meningkatkan tegangan luluh bahan. Regangan plastis yang terjadi mengindikasikan bahwa pol a deformasi yang terbentuk tidak akan berubah kembali ke bentuk awal

Stress analysis simulation is used to determine stress distribution in implant. Femoral stem that is designed have to can be made by cold forming, so cold forming simulation is required to determine whether the manufacturing process of design is possible with cold forming or not. Hip prosthesis implant design was a hip prosthesis with cement. Stress analysis simulation was performed by static loading which was taken at peak load when walking, running, stumbling, one leg stand, stair climbing, and variation of hip prosthesis design consist of femoral stem 6 mm and 8 mm thickness, hole and without hole hip prosthesis. In the simulation, implant was inserted to femur bone with assumtion that femur bone was aranged by cancellous, cortical bone, and bone cement. Materials for femoral head and femoral stem were stainless steel 316L. Cold forming simulation used displacement in vertical direction to deformed stainless steel 316L plate. Pressuring component moved in vertical direction as long as 20 mm. Pressuring component movement was causing deformation on plate and filled the space of dies. Pressuring component and dies were ridig body. In stress analysis simulation, Femoral stem with plate thickness 8 mm was the best design. Maximum stress occured when stumbling loading condition. Maximum stress in femoral stem 8 mm thickness was 428 MPa and 613,6 MPa in femoral stem 6 mm thickness. Hole in femoral stem didn’t give serious affect on maximum stress. Cold forming process when pressuring component moved 13 mm, the plate had been deformed and filled all of dies space. When plate moved from 14 mm to 15 mm, it just increased yield strength from material. Plastic strain indicated that new shape of plate could not back to initial shape

Kata Kunci : Simulasi, cold forming, tegangan, deformasi, regangan plastis, stainless steel 316L, cetakan, femoral stem, femoral head, tulang femur