PROPOSAL PENELITIAN TERAPAN UNIVERSITAS LAMPUNG

(1)

PROPOSAL

PENELITIAN TERAPAN UNIVERSITAS LAMPUNG

PEMBUATAN PAHAT ULIR KORTIKAL BERBAHAN TUNGSTEN KARBIDA UNTUK MEMOTONG Ti-6Al-4V ELI

JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMPUNG

2022

(2)

(3)

RINGKASAN

Impelementasi material titanium paduan telah dilakukan oleh para peneliti di berbagai industri manufaktur, bahkan semakin hari pengembangannya difokuskan di bidang kapal terbang dan biomedik. Penggunaan material titanium di bidang kapal terbang dan beomedik dikarenakan titanium memiliki sifat yang unik. Titanium memiliki beberapa kelebihan, antaranya densitas yang ringan, rasio kekakuan terhadap berat yang tinggi, mampu mesin yang baik, tahan terhadap korosi dan bersifat biokompatibel yang baik. Pembuatan komponen biomedik melibatkan proses pemesinan bubut, freis ataupun bor, bergantung kepada geometri kompnen yang diinginkan. Kepresisian dan ketepatan dimensi diperlukan karena akan digunakan untuk keperluan yang spesifik dalam tubuh manusia. Proses penyambungan tulang yang retak ataupun patah dilakukan dengan cara yang presisi dan dalam waktu yang singkat, sehingga komponen baut penyambung harus bersifat biokompatibel dan presisi. Untuk mendapatkan komponen implan yang baik dan presisi dari bahan titanium perlu mengacu kepada standar, agar dapat digunakan secara luas di kalangan bidang kesehatan. Bagaimanapun juga, untuk memesin bahan paduan titanium tidaklah mudah karena titanium memliki keterbatasan dalam proses pemesinan. Paduan titaniun jenis Ti-6Al-4V ELI adalah jenis paduan yang banyak digunakan untuk komponen biomedik, akan tetapi memiliki keterbatasan dalam proses pemesinan atau disebut juga dengan difficult to cut material. Untuk mendapatkan dimensi komponen implan yang akurat dan presisi dibutuhkan cara pemesinan dengan metode yang baku dan pahat potong yang tepat.

Demikian juga untuk mendapatkan parameter pemotongan yang tepat, biaya yang relatif murah, dalam waktu yang singkat dan kwalitas produk yang baik, diperlukan petongan dilakukan pada satu kondisi pemesinan yang telah teruji. Bagaimanapun juga, proses pemesinan material titanium terkendala oleh sifatnya yang sulit dimesin, maka diperlukan cara pemesinan yang tepat dan presisi. Pemilihan parameter pemotongan, penentuan metode pemesinan, pemilihan jenis pahat potong adalah faktor yang mempengaruhi kwalitas dan presisi komponen yang dibuat.

Pemotongan baut ulir dilakukan menggunakan proser whirling akan tetapi peralatan ini tidak tersedia, sehingga diperlukan inovasi pahat potong. Pembuatan baut ulir titanium paduan dapat dilakukan menggunakan proses bubut, tetapi diperlukan pahat potong dengan geometri dan dimensi yang tepat dan sesuai dengan profil ulir yang diproduksi. Untuk mendapatlam geometri baut ulir dengan presisi tinggi juga dibutuhkan ketelitian proses pemesinan. Pemilihan parameter pemesinan bubut, penggunaan pelumas atau pendingan menjadi pilihan untuk menghasilkan produk baut ulir dengan tingkat presisi yang tinggi.

Pembuatan baut ulir menggunakan mesin bubut diperlukan pahat bubut jenis ulir kortikal dengan geometri dan dimensi yang unik, sehingga mendekati bentuk ulir kortikal yang diproduksi. Pahat karbida digunakan untuk memotong baut ulir kortikal sehingga mendapatkan dimensi dan geometri ulir yang standar implan penyambung tulang yang retak.

Pembuatan baut ulir dilakukan secara berulang untuk mendapatkan kondisi pahat yang standar ulir, parameter yang optimal dan menghasilkan baut ulir yang presisi.

Hasil penelitian yang direncanakan adalah pahat bubut ulir kortikal berbahan karbida dengan dimensi dan geometeri standar, baut ulir kortikal dari bahan Ti-6Al-4V ELI berdimensi diameter mayor 4.5 mm dan diamater minor 3.0 mm serta panjang ulir 20 cm.

Luaran lain yang diharapkan adalah senting parameter pemotongan yang optimal, publikasi di jurnal internasional bereputasi di Journal of Advanced of Manufacturing System dan mengikuti internasional conference.

Kata kunci: pahat, ulir, kortikal, karbida, Ti-6Al-4V ELI

(4)

BAB I. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang

Pahat potong merupakan salah satu komponen penting yang digunakan sewaktu melakukan pemesinan, dimana pahat perlu diperhatikan karena menentukan dan mempengaruhi efisiensi proses produksi (Gusri, dkk, 2019). Umur pahat potong ditentukan berdasarkan lamanya pahat digunakan untuk memotong benda kerja dan menghasilkan permukaan yang masih baik. Pahat yang baik harus memiliki sifat-sifat tertentu agar dapat digunakan nantinya membuat produk yang berkualitas baik (ukuran yang benar) dan ekonomis (perlu waktu singkat). Secara umum, karakteristik yang harus dimiliki pahat berbeda dengan benda kerja, karakteristik ini meliputi (a) pahat harus lebih keras dari kebanyakan elemen kekerasan benda kerja tidak hanya pada suhu kamar, tetapi juga pada Kemampuan manuver, (b) ketangguhan Seperti kemampuan menyerap energi sebelum putus (ciri), dan (c) Pada pemanasan dan Pendinginan cepat dalam pemotongan intermiten. Sampai saat ini, tidak ada bahan alat pemotong yang sepenuhnya dapat memenuhi persyaratan empat properti yang ada, masing-masing dengan kekuatan dan kelemahannya sendiri..

Tiga parameter utama pada setiap proses bubut adalah kecepatan putar (spindle speed), gerak makan (feedrate), dan kedalaman potong (depth of cut). Faktor yang lain seperti bahan benda kerja dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang dapat diatur oleh operator secara langsung pada mesin bubut. Kecepatan putar, n (speed of rotation), selalu dihubungkan dengan sumbu utama (spindle) dan benda kerja. Kecepatan putar dinotasikan sebagai putaran per menit (rotations perminute, rpm). Beberapa parameter utama dalam setiap proses bubut adalah kecepatan putar, kedalaman potong serta gerak pemakan. Adapun beberapa faktor yang cukup berpengaruh yaitu bahan kerja, jenis alat yang di gunakan, kondisi pemesinan dan metode pemotongan (Gusri dan Arinal, 2019)

Material pahat berupa tungsten karbida mampu memotong material yang ulet dan tahan terhadap panas, sehingga pahat ini sering digunakan pada pemesinan bubut (Suprianto, 2016).

Pahat karbida mudah diasah, harganya relatif lebih murah, dan banyak tersedia di pasaran.

Sementara pahat ulir karbida digunakan untuk membuat ulir dengan berbagai jenis bahan benda kerja (Gusri dan Arinal, 2019). Geometri pahat ulir bersesuain dengan bentuk ulir yang akan dibuat sehingga rancangan pahat ditentukan oleh geometeri ulir, termasuk dalam hal ini ulir kortikal.

Pahat ulir tidak mermpunyai sudut tatal, permukaannya rata dengan ujung beradius sesuai radius kaki ulir yang besarnya tergantung besar kisar ulirnya.

(5)

Pembuatan ulir pada material implant menggunakan mesin bubut pernah dilakukan untuk mendapatkan parameter pemesinan yang optimal, dimana parameter pemesinan yang dipilih adalah kecepatan putaran spindel 212, 318 dan 424 rpm, sedangkan kedalaman potong adalah sebesar 0,324761, 0,433015 dan 0,649523 mm (Ibrahim, dkk., 2020). Optimasi dilakukan untuk mendapatkan sudut ulir, jarak puncak ulir serta korelasi kecepatan putaran spindel terhadap tingkat kesalahan puncak ulir. Hasil penelitian menyimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan spindel benda kerja maka nilai kekasaran pada puncak ulir akan berkurang. Sedangkan kesalahan puncak ulir akan semakin besar jika putaran spindel di naikan. Untuk mendapatkan profil permukaan ulir yang halus maka hal yang harus di lakukan adalah menurunkan kecepatan spindel pada proses pembubutan ulir. Jenis pahat yang digunakan pada penelitian ini berbentuk segitiga dengan ukuran puncak 0,50 –3,0 dan radius sudut sebesar 0,08 mm. Akan tetapi benda kerja yang digunakan pada penelitian ini adalah magnesium AZ31, sementara penelitian yang akan dilakukan adalah paduan titanium yang memiliki tingkat kesulitan yang lebih rumit.

Proses produksi ulir kortikal berbeda dengan pembuatan ulir matriks yang mana proses pembuatan ulir kortikal ini dilakukan dengan proses whirling. Whirling adalah proses dimana pahat berputar sambil melakukan proses pemotongan benda kerja pada tingkat tertentu sepanjang longitudinal untuk menghasilkan bentuk heliks. Pemotongan tangensial dan halus pada thread whirling meminimalkan kekuatan potong dan memungkinkan untuk pemotongan logam yang keras. Thread whirling adalah suatu proses permesinan yang efisien dan tepat dalam proses membuat benda kerja yang memiliki bentuk heliks, salah satunya yaitu baut tulang. Baut tulang kortikal sesuai dengan standard ASTM F543-07 baut jenis kortikal termasuk dalam klasifikasi tipe HA- yang mempunyai ciri khas kepala berbentuk bulat ellips, dangkal, ulir halus yang tidak simetris serta kepala baut (Fromentin, dt al., 2010).

Menurut Setiawan (2021) Reverse Engineering merupakan konsep baru yang menunjukkan data teknik dari komponen yang sudah ada. Reverse engineering diaplikasikan untuk proses pengembangan dengan metode. Keuntungan pada proses ini adalah pengurangan tahap produksi, yaitu dengan memangkas tahap gambar konvensional pada awal tahapan.

Pemangkasan ini terjadi karena reverse engineering menggunakan data produk yang sudah ada menjadi data acuan awal. Dalam proses Reverse Engineering, tahapan dibagi ke dalam 3 fasa dasar yaitu Product Digitization, Shape Reconstruction, 3D CAD Modelling dengan menggunakan aplikasi permodelan Inventor. Sedangkan proses perancangan penelitian ini memiliki empat tahapan besar yaitu, proses scanning, proses refinement, pembuatan prototipe dan yang terakhir adalah pengujian produk.

(6)

Perancangan ulang pahat potong dengan metode reverese engineering ini di lakukan untuk dapat mengetahui ukuran dan dimensi secara pasti dari pahat ulir kortikal yang telah dibuat sebelumnya yang mengacu pada standar ISO 5835 pembuatan ulir kortikal sehingga dapat memudahkan untuk membuat duplikasi dan dapat membuat pahat kortikal tersebut dengan lebih detail dan presisi. Dari standar ISO 5835 Ulir kortikal inilah maka bisa di buat pahat bubut ulir kortikal dengan menggunakan proses pemesinan bubut konvensional. Selain itu, kalaupun pahat untuk membuat baut kortikal sudah dibuat, akan tetapi tanpa melalui desain yang sistematik, pahat dibuat dengan metode try and error hingga mendapatkan ukuran yang tepat. Metode ini menggunakan waktu yang cukup lama dan hasil yang tidak pasti. Untuk memastikan apakah desain yang sudah dibuat sesuai dengan standar maka didalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan pahat ulir kortikal secara langsung menggunakan mesin bubut konvensional. selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk menghemat biaya produksi dan memecahkan masalah keterbatasan persediaan baut kortikal yang ada di pasaran.

2. Permasalahan Penelitian

Permasalah pada proses pembuatan baut ulir dari bahan paduan Titanium 6% Aluminium 4% Vanadiaum Extra Low Interstitial (Ti 6Al 4V ELI) adalah kesulitan dalam melakukan proses pemotongan atau penguliran kortikal dengan geometri tertentu. Hal ini disebabkan karena geometri ulir yang unik dengan kemiringan profil yang melengkung. Selain itu, bentuk unik tersebut memerlukan tingkat kepresisian yang tinggi pula. Pembuatan komponen biomedik dengan presisi tinggi menggunakan material titanium (difficult to cut material) selalu mendapatkan kendala teruatama kekuatan yang tidak memenuhi syarat, tingkat presisi yang rendah dan kualitas permukaan yang kurang baik (Rubia, et al., 2018). Keadaan tersebut sulit diwujudkan karena untuk pembuatan ulir dilakukan menggunakan proses whirling, sementra mesin whirling tidak tersedia. Oleh karena itu, untuk menbuat ulir kortikal bahan paduan titanium menggunakan pahat karbida menggunakan proses bubut. Bagaimanapun juga, pahat karbida yang digunakan memilik geometri yang spesifik untuk menghasilkan ulir kortikal. Keunikannya terletak pada sudur kelengkungan ulir dan kemiringannya. Pahat yang jenis dan dimensi ini tidak tersedia di pasar, oleh karena itu, pembuatan pahat ini sangat penting untuk mampu menghasilkan baut ulir kortikal untuk penyambung tulang yang retak.

3. Tujuan Khusus Penelitian

(7)

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang ulang pahat ulir jenis kortikal untuk pemesinan bubut serta membuat model pahat untuk memastikan dimensi yang sesuai untuk medapat ulir kortikal

a. Membuat pahat ulir dari bahan tungsten karbida untuk memotong paduan titaniu Ti-6Al-4V ELI.

b. Membuatan ulir jenis kortikal penyambung tulang yang retak menggunakan pahat tungsten kabida

c. Melakukan pengukuran ketelitian dimensi ulir kortikal.

4. Urgensi Penelitian

a. Menyediakan pahat bubut tungsten karbida untuk memotong paduan titanium 6Al 4V ELI, yang mana jenis pahat ini tidak tersedia di suplaiyer.

b. Memproduksi baut ulir kortikal dari material titanium 6Al 4V ELI sebagai pengganti baut tanam dari stainless steel yang sudah ada, karena Ti-6Al-4V ELI lebih kompatibel dengan tubuh manusia.

(8)

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 1. State of Art Penelitian

Kegunaan material titanium semakin hari semakin berkembang, salah satunya adalah di bidang biomedik, dimana antara lain digunakan untuk membuat komponen implan baut tulang, pelat pengapit patah tulang, pin atau screw tulang, kerangka gigi dan gigi palsu.

Perkembangan pesat ini dikarenakan oleh sifat titanium yang sangat baik antaranya adalah rasio antara kekuatan terhadap berat yang tinggi, tahan korosi yang baik dan biokompatibilitas. Material titanium dikategorikan sebagai material yang sulit dimesin karena memiliki sifat modulus elastisitas yang rendah dan konduktifitas yang buruk, sehingga mempunyai tantangan dalam proses pembuatan alat kesehatan (Che Haron dan Jawaid, 2005; Ezugwu, et al., 2005). Proses pemesinan material paduan titanium memiliki banyak kendala, akan tetapi di sisi lain diperlukan produk dengan ketelitian tinggi dan keadaan permukaan yang baik. Maka untuk mendapatkan komponen yang baik dan berkualitas tinggi dihadapkan pada tingkat resiko yang tinggi bila dilakukan pemesinan lansung (Ozel, 2012).

Nilai kekasaran permukaan (surface roughness) yang merupakan salah satu indikator kualitas dan tingkat presisi permukaan dipengaruhi oleh kondisi pemotongan seperti gesekan permukaan (suface friction), perpindahan panas, kemampuan penyebaran pelumasan, pelapisan dan lain sebagainya. Gesekan antara permukaan yang kecil akan menghasilkan keadaan permukaan yang halus dan demikian juga sebalinya, dimana gesekan antara muka yang besar menghasilkan permukaan yang kasar. Oleh karena itu, kekasaran permukaan menjadi tolak ukur keakuratan dan kualitas permukaan suatu produk industri manufaktur (Bhaskar dan Phanibabu, 2019).

Suprianto ( 2016) menilai pahat karbida atau tungsten karbida merupakan satu di antara beberapa alat penting lainya yang digunakan dalam proses pemesinan bubut . Pahat karbida mudah diasah, harganya lebih murah, dan memungkinkan pekerjaan lebih cepat dengan lebih banyak pemotongan. Menurut Handani dkk. (2016), pahat ulir digunakan untuk membuat ulir pada permukaan benda kerja, baik pembuatan ulir dalam maupun ulir luar, baik ulir tunggal maupun ganda. Geometri dari pahat ulir ini sendiri haruslah memiliki kesesuaian dengan bantuk ulir yang ingin di buat dikarenakan agar ulir yang telah jadi nantinya mempunyai bentuk yang sama seperti pahat yang di gunakan. Pahat ulir tidak mermpunyai sudut tatal, permukaannya rata dengan ujung beradius sesuai radius kaki ulir yang besarnya tergantung besar kisar ulirnya.

(9)

Pahat ulir terdiri dari pahat ulir matriks dan kortikal. Pahat ulir kortikal yaitu pahat ulir yang digunakan untuk membuat baut ulir implant. Memiliki konstruksi dan dimensi yang berbeda, yang mana material dasarnya bermacam macam yang sala – satunya adalah karbide.

Material tungsten karbida dipilih dengan pertimbangan material yang dipotong adalah magnesium dimana tingkat kekerasannya lebih rendah dari karbide. Pertimbangan teknis dan ekonomis juga dipertimbangkan, karena bahan ini mudah didapatkan dengan harga yang tidak terlalu tinggi.

Pada penelitian Ibrahim dkk (2020) menggunakan mesin bubut CNC dengan material yang di gunakan yaitu magnesium AZ31, beberapa parameter pemesinan dipilih yaitu kecepatan putaran spindel 212, 318 dan 424 rpm, sedangkan kedalaman potong adalah sebesar 0,324761, 0,433015 dan 0,649523 mm yang memiliki tujuan untuk mendapatkan sudut ulir, jarak puncak ulir serta mendapat korelasi kecepatan putaran spindel terhadap tingkat kesalahan puncak ulir. Penelitian ini menunjukan bahwa semakin tinggi kecepatan spindel benda kerja maka nilai kekasaran pada puncak ulir akan berkurang. Sedangkan kesalahan puncak ulir akan semakin besar jika putaran spindel di naikan. Untuk mendapatkan profil permukaan ulir yang halus mka hal yang harus di lakukan adalah menurunkan kecepatan spindel pada proses pembubutan ulir. Proses pembuatan ulir ini menggunakan tipe pahat berbentuk segitiga dengan ukuran puncak 0,50 –3,0 dan radius sudut sebesar 0,08 mm serta benda kerja yang digunakan adalah magnesium AZ31 yang berbentuk silinder pejal dengan diameter sebesar 22 mm dan Panjang 250 mm untuk membuat ulir metriks seperti apa yang di inginkan dalam penelitian ini.

Pembuatan ulir kortikal tidaklah sama dengan pembuatan ulir matriks yang mana proses pembuatan ulir kortikal ini dilakukan dengan proses whirling. Whirling adalah proses dimana pahat berputar sambil melakukan proses pemotongan benda kerja pada tingkat tertentu sepanjang longitudinal untuk menghasilkan bentuk heliks. Pemotongan tangensial dan halus pada thread whirling meminimalkan kekuatan potong dan memungkinkan untuk pemotongan logam yang keras. Thread whirling adalah suatu proses permesinan yang efisien dan tepat dalam proses membuat benda kerja yang memiliki bentuk heliks, salah satunya yaitu baut tulang. Baut tulang kortikal sesuai dengan standard ASTM F543-07 baut jenis kortikal termasuk dalam klasifikasi tipe HA- yang mempunyai ciri khas kepala berbentuk bulat ellips, dangkal, ulir halus yang tidak simetris serta kepala baut yang dalam Laksono (2012).

Pada penelitian Ibrahim (2016) menunjukan bahwa pembuatan ulir pada magnesium AZ31 sangat mendukung untuk diaplikasikan pada bidang material biomedik.

Ulir yang akan digunakan untuk menyambung tulang haruslah memiliki kualitas yang baik

(10)

agar proses penyambunganya berjalan dengan baik. Untuk mendapatan ulir yang memiliki kualitas yang baik maka peneliti melakukan beberapa variasi pada parameter proses pemesinan magnesium ini. Hasil penelitian menunjukan bahwa nilai kesalahan tinggi ulir minimum yaitu 0,018188 mm didapatkan pada parameter kecepatan spindel 424 rpm dan kedalaman potong 0,433015, Nilai kesalahan sudut minimum yaitu 0,603 didapatkan pada parameter kecepatan spindel 212 rpm dan kedalaman potong 0,324761 mm dan nilai kesalahan jarak puncak ulir (pitch) minimum yaitu 0,0205 mm didapatkan pada parameter kecepatan spindel 212 rpm dan kedalaman potong 0,649523 mm. Pada penelitian ini juga jenis ulir yang digunakan adalah ulir metriks yang mana jenis ulir ini berbeda dengan ulir kortikal. walaupun begitu, tingkat ketelitian ulir sangat berpengaruh terhadap hasil akhir ulir yang akan dibuat nantinya. Sedangkan penelitian yang akan dilakukan adalah ulir kortikal dengan geometri berbeda dengan ulir matrik yang sudah dilakukan.

2. Peta Jalan Penelitian

Peta jalan atau roadmap penelitian ini menggambarkan periodesasi penelitian, yang dimulai sejak penelitian yang telah dilakukan, penelitian yang direncanakan, serta pengembangan penelitian untuk beberapa tahun ke depan. Penelitian terdahulu tentang pemesinan magnesium, penelitian material ringan tatanium dan pemesinan menggunakan teknik pemesinan kering. Hasil penelitian terdahulu menyimpulkan bahwa unjuk kerja pemesinan bubut, freis dan bor untuk material paduan titanium dan magnesium menggunakan pelumas lebih baik daripada pemesinan kering tanpa menggunakan pelumas. Pelumas memberikan pengaruh yang signifikan terhadap performan pahat potong dan kualitas benda kerja yang dimesin. Keausan muka rusuk pahat potong karbida berlansung lebih cepat dibandingkan dengan keausan pahat pada pemesinan menggunakan pelumas berkwantitas minimum (Ibrahim, et al., 2010; Akhyar, et al., 2017; Gusri, et al., 2018).

Pemesinan magnesium sebagai material biomedik untuk implant tulang patah dilakukan dengan menggunakan beberapa metode antaranya adalah pemesinan bubut dan bor, dimana menentukan karakterisitik bahan magnesium AZ31. Kerusakan pahat dan kualitas permukaan benda kerja magnesium ditentukan, agar diperoleh tingkat kepresisian komponen. Kepresisian lobang bor dan kepresisian ulir dianalisa untuk mendapatkan kondisi pemesinan, pemilihan pahat dan jenis pelumasan. Nilai kekasaran permukaan yang dihasilkan menentukan tingkat kepresisian lobang bor, sedangkan pemberian pelumas dapat mengurangi suhu yang dihasilkan selama proses pemotongan berlansung (Gusr, et al., 2019).

(11)

Pemesinan bubut menggunakan pahat yang berputar dapat mengurangkan suhu pemotongan yang ditimbulkan, karena metode pemotongan pahat putar tidak sama dengan model pemotongan pahat diam. Ada waktu jedah antara mata pahat potong pertama yang bersentuhan dengan benda kerja dan mata pahat berikutnya yang bersentuhan dengan benda kerja. Model pemotongan dengan mata pahat potong ini dikategorikan sebagai model pemotongan yang tidak kontinius pada satu mata potong (Akhyar, et al., 2017). Demikian juga usaha mengurangkan suhu pemotongan yang ditimbulkan semasa proses pemotongan dilakukan dengan cara memberikan pelumas secara kwantitas yang sedikit (Gusri et al., 2018). Secara detail rekam jejak penelitian dapat dilihat pada road map penelitian berikut.

Gambar 1. Roadmap Penelitian

Beberapa penelitian telah dilakukan dan hasil yang diperoleh menunjukan bahwa usaha yang dilakukan untuk meningkatkan mampu mesin dapat dilakukan dengan rekayasa jenis pahat, pemilihan material, metode penelitian dan pengujiannya. Pada pemesinan material ringan titanium dan magnesium, metode pemesinan menggunakan pelumas berkwantitas minimum sangat mungkin dilakukan guna untuk mengurangkan suhu yang dihasilkan sewaktu proses pemotongan.

Demikian juga, teknik Metode Taguchi dan RSM diimplementasikan bertujuan untuk mendapatkan kondisi pemesinan yang terbaik melalui kajian pengaruh masing-masing parameter terhadap umur pahat potong dan nilai kekasaran permukaan. Dalam penelitian nantinya, aspek yang diteliti yaitu: (1) Merancang dan membuat pahat bubut ulir kortikal yang digunakan untuk memproduksi ulir kortikal bahan paduan titanium menyambung tulang retal, (2)

(12)

Membuat baut ulir kortikal dengan dimensi standar diameter mayor 4.5 mm dan minor 3.0 mm.

(13)

BAB III. METODE PENELITIAN 1. Diagram Tulang Ikan Penelitian

Diagram tulang ikan penelitian ini menggambarkan tentang 6 hal pokok yaitu kajian pahat potong, metode pemesinan, disain penelitian, integritas permukaan, simulasi pemesinan dan pembuatan baut kortikal. Sementra itu kajian pembuatan baut kortikal terdiri dari pembuatan pahat ulir, pemegang pahat, baut ulir kortikal bahan Ti-6Al-4V-ELI. Hal ini untuk memastikan baut yang dibuat tidak mengalami kerusakah atau cacat, sehingga ketika ditanam untuk menyambung tulang memiliki kekuatan yang cukup dan umur pakai yang lama.

Gambar 1. Diagram tulang ikan penelitian

2. Bagan Alir Penelitian

Penilitian dilaksanakan mengacu kepada bagan alir penelitian dimana diawali dengan penyedian bahan dan peralatan sampai dengan analisa data hasil pengamatan. Selanjutnya diakhir rangkaian penelitian adalah publikasi artikel ilmiah dan pelaporan sebagai ditunjukan pada Gambar berikut.

PEMESINAN Ti-6Al-4V ELI SEBAGAI MATERIAL IMPLAN BAUT TULANG Pahat potong

Metode pemesinan

Pembuatan baut ulir kortikal Disain penelitian

Jenis pahat

Umur pahat Melimpah

MQL

Taguchi

Full faktorial

Ulir kortikal

Pahat

bubut ulir Pemegang pahat RSM

Pemesinan kering Aus pahat

Jumlah pelumas

Intereaksi faktor

Model matematika Geometri

Kesalahan pumcak, jarak sudut ksrbida

Kontruksi Ramah

lingkungan

Optimasi

Mode aus Dampak lingkungan

Simulasi

Seleksi parameter

Kecepatan

Respon

Gaya potong Kos

Waktu Distribusi

suhu

Model

Ingetritas permukaan Kekasaran

permukaan

Tekstur permukaan

Kekerasan permukaan puncak-lembah

Awal pemotongan

Permukaan

atas Optimasi

Optimal

Uji kekuatan

(14)

Gambar 2. Diagram alir kegiatan penelitian

Mulai

Penyedian kelengkapan dan disain penelitian

Penyedian perangkat, material dan peralatan

Pembuatan pahat bubut kortikal

Pengukuran kesalahan jarak

puncak

Pengukuran tinggi puncak ulir

Pengukuran sudut ulir kortikal

Analisa Kuantitatif Analisa kualitatif

Pembahasan

Penulisan artikel ilmiah

Pembuatan laporan

Selesai

Pemesinan Bubut Ulir kortikal (pembuatan ulir kortikal) Pembuatan holder pahat Disain geometri dan dimensi pahat

bubut kortikal

(15)

3. Tahapan Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan secara bertahap yang terdiri dari tahap persiapan, tahap pelaksanaan dan tahap pelaporan. Tahap persiapan merupakan penyedian perangkat penelitian dan material, sedangkan tahapan pelaksanaan adalah disain penelitian dan pengujian, pengambilan data dan analisa serta pembahasan. Selanjutnya adalah pelaporan dan publikasi artikel ilmiah.

Secara detail dapat dijelaskan sebagai berikut.

Tahapan Proses Luaran Indikator Penanggung

Jawab Persiapan Penyedian bahan

penelitian

Material pahat karbida

Tersedia

material pahat karbida

Arinal Hamni dan Deki Nanda

Material baut ulir Ti-6Al-4V ELI, dia 10 mm, panjang 100 cm

Tersedia

material Ti-6Al-

4V ELI

berbentuk bar dengan dia. 10 mm dan panjang 100 cm

Arinal Hamni dan Deki Nanda

Material HSS Tersedia bahan HSS dengan p x l x t, 50 x 1,5 x 1,5 (cm)

Arinal Hamni dan Ahmad

Rosibi

Mesin CNC bubut

Tersdianya mesin CNC bubut untuk pembuatan ulir

Gusri Akhyar dan Ahmad Rosibi

Pelaksanaan Pembuatan pahat ulir dari bahan karbida

Pahat bubut kortikal

Pahat berdimensi kortikal panjang 8 cn, r1 2°, r2 1,3°

Deki Nanda dan Ahmad Rosibi

(16)

Pembuatan Holder pahat

Holder pahat bubut kortikal

Holder

berdimensi 15 x 15 x 50 (mm)

Pemilihan parameter pemesinan

Setting

parameter bubut ulir

Kecepatan potong, kecepatan putara, kedalaman potong, pemakanan

Arinal Hamni dan Gusri Akhyar

Membuat disain penelitian

Disain penelitian menggunakan RSM

4 Faktor dan 3 level

Melakukan pembuatan ulir

Baut ulir kortikal Do = 4,5 mm, D1 = 3,0 mm, panjang 28 mm

Pengujian dimensi ulir

Baut ulir kortikal berdimensi standar

Ukuran dimensi, kesalahan puncak,

kesalahan jarak, kesalahan sudut

Gusri Akhyar

Pengambilan data

Data berupa gambar hasil foto, profil projector, SEM

Kesalahan dimensi, kerusakan permukaan

Gusri Akhyar

Hasil Analisis data Anova, optimal kondisi, grafik,

P value, uji normal, 1 set parameter

Gusri Akhyar dan Deki Nanda

Analisis gambar Profil pejektor

Bentuk

kesalahan, jarak kesalahan

Dimensi

kesalahan, jenis kerusakan

Gusri Akhyar dan Ahmad Rosibi

(17)

Pembahasan Geometri dan dimensi pahat ulir

Mendapatkan geometri dan dimensi pahat

Pahat standar ulir kortikal

Arinal Hamni dan Ahmad Rosibi

Pemegang pahat ulir

Mendapatkan geometri dan dimensi pahat ulir

Pemegangan pahat mampu mencekam pahat dengan kaku

Kesalahan jarak puncak ulir

Anova,

signifikan faktor, optimal kondisi

Tabel Anova, nilai P, grafik optimal

Arinal Hamni danAhmad Rosibi Kesalahan tinggi

puncak ulir

Anova,

Kesalahan sudut ulir

Anova,

Laporan dan capaian

Publikasi jurnal Internasional reputasi

Publikasi status terbit

Journal of Advanced of Manufacturing System

Publikasi di seminar internasional

Mendapatkan sertifikat

Mengikuti seminar dan presntasi

Arinal Hamni dan Gusri Akhyar Paten sederhana

pahat dan buat ulir

Paten terdaftar Mendaftarkan dokumen paten

(18)

BAB IV. LUARAN DAN TARGET CAPAIAN 1. Luaran Wajib

No Jenis Luaran Tahun Capaian

Status Keterangan*

1 Produk: pahat bubur ulir kortikal

Tahun 1 Tervalidasi Pahat bubut ulir bahan karbida untuk memotong Ti- 6Al-4V ELI

2 Produk: baut ulir kortikal standar Do = 4.5 mm dan D1= 3.2 mm

Tahun 1 Tervalikadasi Baut ulir standar kortikal dengan bahan Ti-6Al-4V ELI

3 Publikasi di Journal of

Advanced of

Manufacturing System

Tahun 2

Terbit

Jurnal internasional bereputasi dengan index Q3

*Jika jurnal, nama jurnal; jika buku,nama penerbit; jika produk, deskripsi.

2. Luaran Tambahan No Jenis Luaran Tahun

Capaian

Status Keterangan*

1 Publikasi di

Internasional Komferen ICSTAR

Tahun 1 Dilaksanakan Seminar Internasional terindeks IOP

2 Paten Sederhana Tahun 2 Diajukan Paten sederhana untuk produks pahat bubut karbida

*Jika jurnal, nama jurnal; jika buku,nama penerbit; jika produk, deskripsi.

(19)

BAB V. RENCANA ANGGARAN BIAYA

1. Anggaran Biaya Penelitian

Pengadaan Alat dan Bahan

No Bahan Volume Biaya Satuan

(Rp)

Biaya (Rp) 1 Pembuatan pahat bubut kortikal

Pembelian bahan pahat HSS 1 700,000 700,000

Pembelian bahan tip karbida 1 600,000 600,000

Pembuatan pahat bubut kortikal 15 300,000 4,500,000

2 Pembuatan pemegangan pahat bubut kortikal 0

Pembelian Baja AISI 1 300,000 300,000

Jasa pembuatan pemegang pahat bubut 1 300,000 300,000

3 Pembuatan ulir kortikal

Pembelian material titanium Ti-6Al-4V ELI 2 700,000 1,400,000 Biaya pembayaran cukai bahan dari luar negeri 1 700,000 700,000

Penyiapan sampel baut ulir 15 200,000 3,000,000

pembubut ulir kortikal 15 300,000 4,500,000

4 Pengujian 0

Uji ketelitian baut ulir: kesalahan puncak, jarak puncak dan sudut

ulir 5 300,000 1,500,000

Pengujian SEM 5 300,000 1,500,000

Jumlah Biaya 19,000,000

(20)

Biaya Perjalanan Penelitian

No Tujuan Volume Biaya Satuan

(Rp)

Biaya (Rp)

1 Pengadaan Barang

a Tranportasi pembelian Titanium 1 750,000 750,000

Uang harian, 2 hari x 2 orang 2 110,000 220,000

Makan siang 2 35,000 70,000

b Tranportasi pembelian pahat karbida dan HSS 1 750,000 750,000

Makan siang 2 35,000 70,000

2 Koordinasi pembuatan di Bengkel

a Tranportasi pembuatan pahat bubut ulir kortikal 3 700,000 2,100,000

Makan siang 6 35,000 210,000

b Tranportasi pembuatan alir kortikal 2 700,000 1,400,000

Makan siang 4 35,000 140,000

3 Pengujian

a Tranportasi pengujiant kepresisian ulir kortikal 2 500,000 1,000,000

Makan siang 2 35,000 70,000

b Pengujian SEM 1 600,000 600,000

Makan siang 2 35,000 70,000

4 Seminar internasional

a Tranportasi seminar internasional 1 1,000,000 1,000,000

konsumsi 2 35,000 70,000

Alat Tulis Kantor dan Bahan Habis Pakai

No Bahan Volume Biaya Satuan

(Rp)

Biaya (Rp) 1 Alat tulis kantor

Kertas 2 40,000 80,000

Katrik 1 200,000 200,000

Tinta printer 1 70,000 70,000

2 Bahan habis pakai 0

Kertas amplas 2 85,000 170,000

Bahan solder 1 200,000 200,000

Masker 1 150,000 150,000

Protokol kesehatan 1 300,000 300,000

(21)

Laporan/Desiminasi/Publikasi

No Jenis Volume Biaya satuan

(Rp)

Biaya (Rp)

1 Seminar International

Biaya pembayaran seminar 1 1,500,000 1,500,000

rapat persiapan seminar 2 300,000 600,000

2 Seminar Nasional LPPM

Biaya makalah 1 1,500,000 1,500,000

Uang harian, x 2 orang 2 110,000 220,000

Paten produk 1 2,000,000 2,000,000

3 Publikasi jurnal internasional 1 3,000,000 3,000,000

4 rapat persiapan seminar 2 300,000 600,000

5 Rapat laporan kemajuan 2 300,000 600,000

6 Rapat laporan akhir 2 300,000 600,000

No. Jumlah (Rp)

1 19,000,000

2 9,210,000

3 1,170,000

4 10,620,000

40,000,000 Jumlah Biaya

REKAPITULASI BIAYA YANG DIUSULKAN

Uraian Pengadaan Alat dan Bahan

Biaya Perjalanan Penelitian

Alat Tulis Kantor dan Bahan Habis Pakai

Laporan/Desiminasi/Publikasi

(22)

BAB VI. JADWAL KEGIATAN

1 2 3 4 5 6

Persiapan Studi literatur

Penyedian bahan dan perangkat penelitian Pengadaan alat dan sofrwate

Pembuatan pahat ulir kortikal Pembuatan pemegang pahat Desian penelitian

Pembuatan ulir kortikal Pengujian ketelitian ulir Pengujian SEM

Analisa data dan hasil Laporan kemajuan Pembahasan

Pembuatan artikel seminar Seminar internasional Laporan akhir

Jadwal Kegiatan Penelitian

Kegiatan Bulan

(23)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Akhyar, G., Purnomo, B., Hamni, A., Harun, S., Burhanuddin, Y. 2017, The machined surface of magnesium AZ31 after rotary turning at air cooling condition, Jurnal: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, Volume: 344 |

Bhaskar, J.V., Phanibabu, V.V. 2019, Calculating Surface Roughness Values with Different Parameters by Turning Process Using Taguchi Method, International Journal &

Magazine of Engineering, Technology, Management Research, Vol. 4, Np. 3.

Che-Haron, C.H. and Jawaid, A. 2005, The Effect of Machining on Surface Integrity of Titanium Alloy Ti—6% Al— 4% V, Journal of Materials Processing Technology, 166, 188-192.

Ezugwu, E.O., Bonney, J., Da Silva, R.B., Machado, A.R. And Sales, W.F. 2005, Observations of tool life and wear mechanisms in high speed machining of Ti-6Al- 4V with PCD tools using high pressure coolant supply, Presented at a World Tribology Congress. III, Washington, USA

Fromentin, G. and Poulachon, G., 2010, Modeling of interferences during thread milling operation, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.

v. 49 n. 1, pp. pp. 41–51

Gusri A. I., Achmad, Y., Robby, S. 2018, Efek Pelumasan Metode Minimum Quantity Lubrication (MQL) Terhadap Kualitas Permukaan Benda Kerja Magnesium, Jurnal:

Turbo Jurnal Teknik Mesin Univ. Muhammadiyah Metro, Volume: 7,

Gusri, A. I., Yanuar, B., Didiek, E. 2019, Analisis kepresisisan lobang bor pada pemesinan magnesium AZ31 menggunakan metode Taguchi. Jurnal: Flywheel. Volume: 5, Gusri, A., Arinal, H. 2019, Pengaruh Parameter Pemotongan Pada Proses Bubut Ulir

(Threading) Terhadap Kepresisian Geometri Ulir Magnesium Paduan AZ31. Jurnal Energi dan Manufaktur

Gusri, A. I., Alan, S., Arinal, H. 2019, Pengaruh Parameter Pemotongan Pada Proses Bubut Ulir (Threading) Terhadap Kepresisian Geometri Ulir Magnesium Paduan AZ31, Jurnal: Jurnal Energi dan Manufaktur, Volume: 12, ISSN: 2302-5255

Ibrahim, G.A., Che Haron, C.H., Ghani, J.A. 2010, Tool wear mechanism in continuous cutting of difficult-to-cut material under dry machining, Advanced Materials Research, Vol. 126-128, pp. 195-201.

Ibrahim, G., Yanuar, B. 2020, Kajian Simulasi Fem 3D: Keausan Pahat Twist Drill pada Pemesinan Bor Mikro Material Ti-6Al-4V. Manutech: Jurnal Teknologi Manufaktur, 12(2), 93-101.

(24)

Ozel, T., 2012. Finite Element Modeling and Simulation of Micro-Milling. New Jersey, U.S.A: Rutgers University Piscataway.

Rubia, E.M., Corrou, D., Herrera, J., Davim, J.P. 2018, Latest advances in the micro-milling of titanium alloys: a review, Procedia Manufacturing 13, 275–282

Supriyanto. 2017, Pengaruh Variasi Merk Pahat HSS (High Speed Steel) Terhadap Keausan Pahat Pada Material ST 37, Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung

Setiawan, F. 2021, Rekonstruksi tulang lutut untuk menghasilkan model implan 3D TKR femur dengan Metode Reverse Engineering dan pemindai x-ray sebagai cara efisien pemilihan implan tulang lutut, Magister Teknik Mesin Universitas Lampung.