BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

IV - 1

BAB IV

PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Pada bab ini diuraikan mengenai proses pengumpulan data yang diperlukan dan pengolahan data dalam memilih material untuk low cost anthropomorphic prosthetic hand.

4.1 Deskripsi Permasalahan

Prosthetic hand memiliki fungsi sebagai pengganti tangan asli bagi mereka yang kehilangan anggota gerak untuk melakukan aktivitas sehari-hari.

Material yang digunakan untuk pembuatan prosthetic hand harus kuat menahan beban dan ringan. Beberapa kriteria prosthetic yang dikemukakan oleh Poonekar (1992) dapat dijadikan sebagai kriteria dalam pemilihan material, antara lain low cost, locally available, durable, dan as lightweight as possible (ringan). Low cost berarti biaya yang perlu dikeluarkan untuk mendapatkan material tersebut relatif murah apalagi jika material tersebut diperoleh dari material bekas (reuse), locally available berarti material yang banyak tersedia di pasaran, sedangkan durable berarti tahan terhadap beberapa zat kimia pada saat digunakan (Tabel 4.1).

Prosthetic jari merupakan sebuah desain mekanik yang terdiri dari linkage system (Gambar 4.1). Bagian utama prosthetic jari ini adalah link yang berfungsi sebagai ruas-ruas jari (Kuncara, 2012) dan cross link yang berfungsi sebagai penggerak ruas jari (Prasetyo, 2013). Agar jari dapat berfungsi dengan baik, maka link harus mampu menahan defleksi dan beban tarik. Dilihat dari jenis beban yang diterima, maka prosthetic jari ini digolongkan ke dalam komponen mekanik jenis beam dan tie. Bagian prosthetic yang berfungsi untuk menahan defleksi adalah link yang berfungsi sebagai ruas jari, sehingga link ini berperan sebagai beam.

Sedangkan bagian yang menahan beban tarik adalah cross link yang berfungsi sebagai penggerak ruas jari dan link ini berperan sebagai tie.

(a) (b) commit to user

IV - 2 (c)

Gambar 4.1 (a) Prosthetic jari yang terdiri dari linkage system (tampak atas); (b) Model Kinematik dari Kuncara, dkk. (2012); (c) Rancangan 3D prosthetic jari

dari Witjaksono, dkk. (2012)

Saat digunakan untuk beraktivitas sehari-hari, jari-jari tangan manusia memungkinkan untuk bersentuhan dengan zat-zat kimia yang bersifat asam maupun basa (lemah) yang terdapat dari minuman, pembersih, sabun, dan lain- lain. Sehingga material setidaknya harus tahan terhadap zat-zat seperti itu. Selain itu, saat jari digunakan untuk bekerja, kondisi lingkungan sekitar kemungkinan dalam keadaan lembab/korosif, sehingga material harus tahan terhadap korosi.

Penggerak ruas jari merupakan link yang menghubungkan 2 joint (Kuncara, 2012), sehingga material untuk penggerak ruas jari ini harus mudah dilubangi dan memiliki stabilitas dimensi yang baik. Dengan demikian, material yang digunakan harus memiliki kemampu-mesinan yang baik. Saat melakukan penggenggaman, diharapkan jari-jari ini mampu menahan beban sebesar 51 lb atau 23 kg (www.osha.gov). Agar dapat memiliki tampilan seperti jari tangan manusia dan pertimbangan dalam penggunaan cosmetic gloves, maka sistem linkage yang terdiri dari 5 tumpukan material yang berbentuk plat harus memiliki ketebalan 5 mm¸ sehingga ketebalan untuk tiap lapisan adalah 1 mm.

Tabel 4.1 Kriteria-kriteria Material Prosthetic Hand

Kriteria Prosthetic Hand oleh

Poonekar

Terjemahan Kriteria

Kriteria untuk Material Prosthetic Hand?

Kriteria Material

Kriteria Database Software CES

EduPack 4.5 Low cost Prosthetic hand

memiliki harga yang relatif murah

Ya Material yang digunakan memiliki harga yang relatif murah atau diperoleh dari material re-use

-

Capable of manual fabrication, Simple to process using local production capability, Reproducible by local personnel

Dapat dibuat menggunakan proses produksi manual

Ya Memiliki kemampu- mesinan yang baik

Machinability

commit to user

IV - 3

Tabel 4.1 (lanjutan) Kriteria-kriteria Material Prosthetic Hand

Kriteria Prosthetic Hand oleh

Poonekar

Terjemahan Kriteria

Kriteria untuk Material Prosthetic Hand?

Kriteria Material

Kriteria Database Software CES

EduPack 4.5 Considerate of

local climate and working conditions, Bio mechanically appropriate

Dapat digunakan dalam aktivitas sehari- hari sesuai iklim dan kondisi kerja

Ya Mampu menahan beban yang ditetapkan

Mechanical Properties berdasarkan indeks material

Durable Tahan lama Ya Memiliki ketahanan

terhadap beberapa zat kimia yang kemungkinan ditemui saat melakukan aktivitas sehari-hari

Durability of fresh water, sea water, weak acid, dan weak alkalis

As lightweight as possible

Ringan Ya Material yang digunakan

ringan

Density

Locally available Prosthetic hand tersedia di pasar lokal

Ya Material tersedia di pasaran atau banyak digunakan sebagai bahan pembuat berbagai peralatan yang ada di Indonesia

-

Simple to repair Mudah diperbaiki Tidak - -

Technically functional

Dapat digunakan untuk melakukan gerakan seperti tangan manusia asli

Tidak

- -

Adequately cosmetic

Mempertimbangkan

kebutuhan kosmetik Tidak - -

Psychosocially acceptable

Dapat diterima di

pasaran Tidak - -

4.2 Penerjemahan (Translation) Kriteria-Kriteria Material untuk Tangan Prosthetic

Berdasarkan deskripsi permasalahan, dapat diketahui bahwa pemilihan material untuk prosthetic hand merupakan masalah multi objectives dan multikriteria. Secara umum, kriteria material untuk prosthetic hand dapat dikelompokkan menjadi kriteria biaya dan fungsionalitas. Kriteria-kriteria material yang tergolong dalam kriteria fungsionalitas antara lain ringan, mampu menahan beban dan tahan terhadap beberapa zat kimia. Sedangkan kriteria material yang tergolong sebagai kriteria biaya adalah low cost yang diperoleh dari material re-use. Kedua kriteria ini harus terlibat dalam tahap penentuan material terbaik (ranking material). Sementara tahap sebelumnya yaitu tahap screening, dapat melibatkan salah satu atau beberapa kriteria yang dipertimbangkan dalam

commit to user

IV - 4

pemilihan material untuk low cost anthropomorphic prosthetic hand.

Tahap kedua setelah dilakukan pendeskripsian masalah terhadap tangan prosthetic adalah tahap penerjemahan (translation). Tahap ini merupakan tahap penerjemahan kebutuhan tangan prosthetic hingga diperoleh suatu batasan dan tujuan dalam menyelesaikan permasalahan. Pada tahap ini juga dilakukan penentuan persamaan indeks material dan perhitungan nilai batas untuk beberapa kriteria yang akan digunakan pada software CES EduPack 4.5.

4.2.1 Penerjemahan Kebutuhan Tangan Prosthetic

Berdasarkan deskripsi permasalahan pada subbab 4.1, dilakukan penerjemahan kebutuhan tangan prosthetic baik pada bagian ruas jari maupun penggerak ruas jari (cross-link). Masing-masing terdapat pada tabel 4.2 dan tabel 4.3.

Tabel 4.2 Tahap Penerjemahan Kebutuhan Tangan Prosthetic Bagian Ruas Jari Function : Ruas Jari

Constraints :  Mampu menahan defleksi

 Panjang link untuk tangan prosthetic bagian jari yaitu 5 cm. ^*)

 Dimensi luas penampang (A) adalah 0,1 × 0,45 cm²

 Dapat menahan beban sebesar 51 lb atau 23 kg

 Memiliki kemampu-mesinan yang baik

 Memiliki ketahanan korosi yang baik

 Memiliki durability terhadap air tawar, air laut, weak acid (asam lemah), dan weak alkalis (basa lemah) yang baik

 Reuse material sehingga biaya yang dikeluarkan terhadap material dapat diminimasi

Objective :  Minimasi massa

 Minimasi biaya (cost)

Free variabel :  Semua material dipertimbangkan kecuali hibrida

*) Dimensi panjang link diperoleh dari penelitian Kuncara (2012) commit to user

IV - 5

Tabel 4.3 Tahap Penerjemahan Kebutuhan Tangan Prosthetic Bagian Cross-Link Function : Cross link

Constraint :  Mampu menahan beban tarik.

 Panjang link untuk cross-link yaitu sebesar 5,2108 cm.^*)

 Dimensi luas penampang (A) adalah 0,1 × ^𝟏

𝟐 (0,45) cm²

 Dapat menahan beban sebesar 51 lb atau 23 kg.

 Memiliki kemampu-mesinan yang baik.

 Memiliki ketahanan korosi yang baik.

 Memiliki durability terhadap air tawar, air laut, weak acid (asam lemah), dan weak alkalis (basa lemah) yang baik.

 Reuse material sehingga biaya yang dikeluarkan terhadap material dapat diminimasi.

Objective :  Minimasi massa

 Minimasi biaya (cost)

Free variabel :  Semua material dipertimbangkan kecuali hibrida

*) Dimensi panjang cross-link diperoleh dari penelitian Kuncara (2012)

4.2.2 Penentuan Persamaan Indeks Material

Setelah diperoleh informasi mengenai kebutuhan tangan prosthetic, kemudian dilakukan substitusi persamaan constraint ke dalam objective function.

Indeks material merupakan suatu indeks yang diperoleh dari persamaan tujuan yang ingin dicapai dan digunakan untuk melakukan eliminasi material. Penentuan persamaan untuk indeks material dibedakan berdasarkan fungsi dan constraint yang terdapat pada tabel 4.2 dan tabel 4.3 yaitu ruas jari dan cross link.

a) Ruas Jari (Finger Link)

Berdasarkan tabel 4.2, tujuan yang ingin dicapai dari tangan prosthetic bagian ruas jari adalah minimasi massa (mj). Berdasarkan persamaan (2.4) dapat dikembangkan persamaan massa untuk bagian ruas jari sebagai berikut:

𝒎_𝒋= 𝑨 𝑳_𝒋 𝝆 ... (4.1) Dimana A adalah luas penampang, Lj adalah panjang link ruas jari terpanjang yang diperoleh dari penelitian sebelumnya, dan 𝝆 adalah massa jenis commit to user

IV - 6

material. Pada tabel 4.2, terdapat constraint mengenai kemampuan menahan defleksi, sehingga tangan prosthetic ini diidentifikasi sebagai beam.

Gambar 4.2 Defleksi Tangan Prosthetic

Defleksi (𝜹) yang terjadi pada suatu desain mekanik tangan prosthetic digambarkan melalui gambar (4.2) dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan defleksi (2.10) .

Gambar 4.3 Penampang Prosthetic Jari

Berdasarkan gambar penampang pada gambar 4.3, dapat diketahui bahwa penampang untuk prosthetic hand berbentuk persegi panjang. Oleh karena itu, untuk menghitung momen inersia penampang persegi panjang digunakan persamaan 2.12.

Melalui substitusi persamaan (2.12) ke persamaan (2.10) maka diperoleh persamaan untuk A adalah sebagai berikut:

𝜹 = ^{𝑭 𝑳𝒋𝟑}

𝟑 𝑬 ^𝒂𝒃𝟑_𝟏𝟐

𝜹 =^{𝟒 𝑭 𝑳𝒋𝟑}

𝑬 𝒂 𝒃^𝟑 ... (4.2) 𝜹 =^{𝟒 𝑭 𝑳𝒋}

𝟑 𝑬 𝑨 𝒃^𝟐 𝑨 =^{𝟒 𝑭 𝑳𝒋}

𝟑

𝑬 𝜹 𝒃^𝟐 ... (4.3) Dengan melakukan substitusi persamaan (4.3) ke dalam persamaan (4.1) diperoleh persamaan untuk meminimasi massa material tangan prosthetic bagian jari (m_j) sebagai berikut:

𝒎_𝒋= ^{𝟒 𝑭 𝑳𝒋}

𝟑

𝑬 𝜹 𝒃^𝟐 ∙ 𝑳_𝒋∙ 𝝆

𝒃 𝒂

L_j

F

commit to user

IV - 7 𝒎_𝒋= ^{𝟒 𝑭}

𝜹 ∙ ^𝑳𝒋

𝟒 𝒃^𝟐 ∙ ^𝝆

𝑬 ... (4.4) Dari persamaan (4.4) didapatkan indeks material untuk meminimasi massa pada tangan prosthetic bagian jari (M₁) yaitu :

𝑴_𝟏= ^𝝆

𝑬 ... (4.5) b) Penggerak Ruas Jari (Cross Link)

Dengan mengembangkan persamaan (2.4), maka persamaan yang dapat digunakan untuk meminimasi massa tangan prosthetic bagian cross-link (m_c) dengan ketentuan yang terdapat pada tabel 4.3 adalah sebagai berikut:

𝒎_𝒄= 𝑨 𝑳_𝒄 𝝆 ... (4.6) Dimana A adalah luas penampang, 𝑳_𝒄 adalah panjang link cross bar terpanjang yang diperoleh dari penelitian sebelumnya, dan 𝝆 adalah massa jenis material. Pada tabel 4.3, terdapat constraint mengenai kemampuan menahan beban tarik, sehingga tangan prosthetic ini diidentifikasi sebagai tie. Secara umum, untuk mengetahui kekuatan menahan beban tarik suatu material dapat diukur menggunakan kekuatan luluhnya. Persamaan (2.6) dapat dikembangkan menjadi suatu persamaan yang digunakan untuk menghitung kekuatan luluh material, sebagai berikut:

𝝈_𝒚= ^𝑭

𝑨 ... (4.7) 𝝈_𝒚 adalah kekuatan luluh material dan F merupakan besar beban yang dapat ditahan oleh tie.

Dari persamaan (4.7) dapat diperoleh persamaan untuk A yaitu sebagai berikut:

𝑨 = ^𝑭

𝝈_𝒚 ... (4.8) Melalui substitusi persamaan (4.8) ke dalam persamaan (4.6) diperoleh persamaan untuk m yaitu :

𝒎_𝒄= 𝑭 . 𝑳_𝒄 . ^𝝆

𝝈_𝒚 ... (4.9) Dari persamaan (4.11) didapatkan indeks material untuk meminimasi massa pada tangan prosthetic bagian cross-link (M2) yaitu :

𝑴_𝟐= ^𝝆

𝝈_𝒚 ... (4.10) commit to user

IV - 8 4.2.3 Perhitungan Nilai Batas

Perhitungan nilai batas dilakukan pada ketiga variabel yang terdapat pada indeks material yaitu densitas (𝝆), modulus young (E), dan yield strength/elastic limit (𝝈_𝒚). Sebelum melakukan perhitungan terhadap ketiga variabel tersebut,, terlebih dahulu harus dilakukan perhitungan beban yang dapat ditahan oleh masing-masing jari tangan. Berdasarkan tabel 4.2 dan 4.3, tangan prosthetic harus mampu menahan beban lifting sebesar 23 kg. Menurut OSHA, beban ini berlaku untuk kedua tangan dan memiliki ketentuan bahwa beban tersebut dianggap terdistribusi secara merata. Sehingga masing-masing tangan harus mampu menahan beban sebesar 11,5 kg. Aktivitas lifting lebih banyak melibatkan empat jari yaitu jari telunjuk, jari tengah, jari manis dan jari kelingking. Oleh karena itu, beban sebesar 11,5 kg akan didistribusikan merata ke keempat jari tersebut, sehingga masing-masing jari hanya mampu menahan beban sebesar 2,875 kg.

a) Densitas (𝝆)

Nilai batas minimum untuk densitas adalah 890 kg/m³. Nilai ini ditetapkan berdasarkan nilai densitas minimum pada golongan material yang dipertimbangkan dalam penelitian ini. Sedangkan nilai batas maksimum untuk densitas adalah sebesar 7500 kg/m³. Hal ini disebabkan dalam penelitian ini memberikan batasan untuk menggunakan material yang lebih ringan dari baja.

b) Modulus Young (E)

Nilai batas yang ditetapkan untuk modulus young adalah nilai batas minimum. Untuk menentukan nilai batas minimum modulus young, harus ditetapkan nilai defleksi yang dapat ditahan oleh prosthetic tangan terlebih dahulu. Defleksi maksimum yang terjadi pada sebuah struktur adalah sebesar sepersepuluh dari panjang strukturnya (Popov, 1984). Untuk menghitung nilai batas minimum dari modulus young, digunakan persamaan (4.4), dengan nilai- nilai yang diketahui sebagai berikut: massa beban (m_b) adalah 2,875 kg, percepatan gravitasi (g) adalah 10 m/s², panjang link ruas jari terpanjang (L_j) adalah 50 mm, 𝒂 adalah 1 mm, dan b adalah 4,5 mm. Maka, nilai batas minimum untuk E adalah sebagai berikut :

commit to user

IV - 9 𝜹 =^{𝟒 𝑭 𝑳𝒋}

𝟑

𝑬 𝒂 𝒃^𝟑

𝟏

𝟏𝟎∙ 𝑳_𝒋=𝟒 𝑭 𝑳_𝒋^𝟑 𝑬 𝒂 𝒃^𝟑 𝟏

𝟏𝟎∙ 𝟓𝟎 =𝟒 × 𝟐𝟖, 𝟕𝟓 × 𝟓𝟎 ^𝟑 𝑬 × 𝟏 × 𝟒, 𝟓 ^𝟑 𝟓 =𝟏𝟒, 𝟑𝟕𝟓 × 𝟏𝟎^𝟑

𝑬 × 𝟗𝟏, 𝟏𝟐𝟓 𝑬 =𝟏𝟒, 𝟑𝟕𝟓 × 𝟏𝟎^𝟑

𝟗𝟏, 𝟏𝟐𝟓 × 𝟓

E = 31,55 N/mm² = 31,55 × 10^-3 GPa

Jadi, nilai batas minimum untuk modulus young (E) yang diijinkan adalah 31,55 × 10^-3 GPa.

c) Yield Strength (Elastic Limit)

Kemudian ditentukan pula nilai batas minimum untuk yield strength (elastic limit) menggunakan persamaan (4.9). Diketahui bahwa luas penampang (A) adalah 𝟏 ×^𝟏

𝟐 𝟒, 𝟓 = 𝟐, 𝟐𝟓 mm², dan beban yang dapat ditahan oleh cross link (F) adalah 2,875 × 10 = 28,75 N. Sehingga, nilai batas minimum untuk yield strength adalah sebagai berikut :

𝝈_𝒚= 𝑭 𝑨 𝝈_𝒚= 𝟐𝟖, 𝟕𝟓

𝟐, 𝟐𝟓 𝝈_𝒚= 𝟐𝟖, 𝟕𝟓

𝟐, 𝟐𝟓

𝝈_𝒚= 𝟏𝟐, 𝟕𝟖 MPa 4.3 Screening

Screening dilakukan untuk mengeliminasi material yang tidak sesuai dengan kebutuhan tangan prosthetic. Sebelum melakukan screening, terlebih dahulu dilakukan identifikasi terhadap sifat-sifat material. Screening dilakukan melalui dua tahap yaitu screening I dan screening II. Screening I merupakan tahap eliminasi material dengan menggunakan software CES EduPack 4 5 Level 2.

Sedangkan screening II adalah tahap eliminasi material dari material yang terpilih commit to user

IV - 10

pada tahap screening I dimana salah satu atau beberapa sifatnya tidak memenuhi kebutuhan tangan prosthetic.

4.3.1. Sifat-sifat Material

Data mengenai sifat-sifat material yang digunakan merupakan data sekunder yang diperoleh dari berbagai referensi. Tabel 4.4 menunjukkan sifat- sifat material.

Tabel 4.4 Sifat Material

Logam Keramik Kaca Polimer Elastomer

1. Density [ ] 1740 - 8950 1900 - 15900 2170 - 2800 890 - 1580 900 - 1800

2. Modulus young

[GPa] 42 - 220 10 - 720 61 - 110 0,0007 - 5 0,0007 – 0,04

3. Yield strength

[MPa] 8 - 1245 32 - 6833 264 - 2129 8,3 - 95 2 - 51

4. Machinability 1 - 5 1 - 2 3 - 5 2 - 4

5. Durability : fresh water

Baik - Sangat

Baik Sangat Baik Baik -

Sangat Baik Sangat Baik Sangat Baik

6. Durability : sea water

Buruk - Sangat Baik

Baik - Sangat Baik

Baik -

Sangat Baik Sangat Baik Sangat Baik

7. Durability : weak acid

Rata-rata - Baik

Rata-rata -

Sangat Baik Sangat Baik Sangat Kurang

- Sangat Baik Sangat Baik

8. Durability : weak alkalis

Baik - Sangat Baik

Baik - Sangat

Baik Sangat Baik Baik - Sangat Baik

Baik - Sangat Baik

▪ Ferrous : Kurang baik

▪ Non Ferrous : Baik

10. Re-use ready

material Ya Tidak Tidak Ya Ya

No. Sifat Material Material

Baik Ketahanan korosi

9. Baik Baik Baik

Kriteria penilaian sifat material untuk machinability dilakukan dengan memberikan nilai antara 1 hingga 5. Nilai 1 menunjukkan machinability suatu material sangat kurang, 2 menunjukkan kurang, 3 menunjukkan rata-rata, 4 menunjukkan baik, dan 5 menunjukkan machinability yang sangat baik.

4.3.2. Screening I

Pada tahap screening I dilakukan eliminasi material menggunakan software CES EduPack 4.5 dengan kriteria eliminasi indeks material dan beberapa contraints yang diakomodasi oleh database software (misalnya machinability,

durability). commit to user

IV - 11

1. Tahap 1 yaitu screening material menggunakan indeks material 1 (M1) sebagai kriteria eliminasi.

Indeks material 1 merupakan suatu indeks yang diperoleh dari persamaan massa bagian ruas jari yang digunakan untuk mengeliminasi material. Tahap ini dilakukan dengan cara membandingkan variabel yang terdapat pada indeks material M1 dalam bentuk grafik dengan skala logaritma. Variabel yang dibandingkan dalam grafik ini adalah density dan modulus young. Density terletak pada x-axis dan modulus young terletak pada y-axis. Input yang diberikan pada software untuk melakukan pemilihan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 4.4 Input Eliminasi Material dengan Indeks Material 1 (M₁) Melalui gambar 4.4 dapat dilihat bahwa pada bagian line selection, nilai untuk titik x ditentukan sebesar 890 dan untuk titik y ditentukan sebesar 0,03155.

Penentuan nilai x dan y ini didasarkan pada nilai batas minimum yang telah ditetapkan untuk masing-masing variabel. Sedangkan nilai untuk slope sebesar 1 ditentukan berdasarkan persamaan indeks material M₁ dan material yang lolos adalah material yang terletak di atas line selection. Gambar 4.5 merupakan grafik perbandingan antara density dan modulus young.

commit to user

IV - 12

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Density-Young Modulus

Pada tahap pertama sebanyak 65 dari 91 material memenuhi kriteria yang telah ditetapkan untuk indeks material ruas jari (M1). Tabel 4.5 menunjukkan material yang melewati atau lolos pada tahap 1.

Tabel 4.5 Material yang Lolos pada Tahap 1

Density (kg/m^3)

100 1000 10000

Young's Modulus (GPa)

1e-3 0.01 0.1 1 10 100

Metal foam Ceramic foam

Boron carbide

Polypropylene (PP)

Titanium alloys

Lead alloys Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

Polyvinylchloride (tpPVC)

Polyvinylchloride (tpPVC)

Polyethylene (PE) PTFE

Line selection

commit to user

IV - 13

Tabel 4.5 (lanjutan) Material yang Lolos pada Tahap 1

2. Tahap 2 yaitu menggunakan indeks material 2 (M2) sebagai kriteria pemilihan.

Indeks material 2 merupakan suatu indeks yang diperoleh dari persamaan massa bagian penggerak ruas jari (cross link) yang digunakan untuk mengeliminasi material. Tahap ini dilakukan dengan cara membandingkan variabel yang terdapat pada indeks material M₂ dalam bentuk grafik dengan skala logaritma. Variabel yang dibandingkan dalam grafik ini adalah density dan elastic limit (yield strength/ kekuatan luluh). Density terletak pada x-axis dan elastic limit terletak pada y-axis. Input yang diberikan pada software untuk melakukan pemilihan dalam tahap 2 ini hampir sama seperti pada tahap pertama, yang membedakan hanyalah nilai yang diberikan untuk titik y yaitu sebesar 12,78. Hal ini dikarenakan nilai batas minimum yang ditentukan untuk elastic limit adalah sebesar 12,78 Mpa. Gambar 4.6 menunjukkan input yang diberikan pada software untuk eliminasi material menggunakan indeks material M2 dan gambar 4.7 merupakan grafik perbandingan antara density dan modulus young.

Gambar 4.6 Input Eliminasi Material dengan Indeks Material 2 (Mcommit to user ₂)

IV - 14

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Density-Elastic Limit

Pada tahap kedua sebanyak 45 dari 91 material memenuhi kriteria M₂ yang telah ditetapkan. Akan tetapi, material yang lolos pada tahap 1 & 2 terdapat 42 material. Tabel 4.6 menunjukkan material yang melewati atau lolos pada kedua tahap.

Tabel 4.6 Material yang Lolos pada Tahap 1 & 2

Density (kg/m^3)

100 1000 10000

Elastic Limit (MPa)

0.01 0.1 1 10 100 1000

Polyamides (Nylons, PA) Wrought magnesium alloys

Polyvinylchloride (tpPVC) Polypropylene (PP)

Polyethylene (PE)

Tungsten alloys

Tungsten carbides Titanium alloys Zirconia

Line selection

commit to user

IV - 15

3. Tahap 3 yaitu menggunakan constraints density, durability dan machinability sebagai kriteria pemilihan material.

Pada tahap ini, dipilih material yang memiliki densitas minimum dan maksimum masing-masing sebesar 890 kg/m³ dan 7500 kg/m³, durability terhadap fresh water, sea water, weak acids, dan weak alkalis dengan kriteria good dan very good. Sedangkan berdasarkan constraints machinability dipilih material yang memiliki nilai machinability pada range 4 – 5 (kemampuan baik hingga sangat baik). Input yang diberikan pada software untuk tahap ini ditunjukkan oleh gambar 4.8.

Gambar 4.8 Input yang Diberikan Pada Tahap 3

Melalui eliminasi material dengan kriteria pemilihan seperti pada gambar 4.8, terdapat 21 material yang lolos pada tahap 3, tetapi material yang lolos pada ketiga tahap adalah 15 material (tabel 4.7).

commit to user

IV - 16

Tabel 4.7 Material yang Lolos pada Tahap 1, 2, & 3

4.3.3. Screening II

Selanjutnya dilakukan tahapan screening II, tahap ini dilakukan karena beberapa constraints yang telah ditetapkan, tidak diakomodasi oleh database software CES EduPack 4.5. Pada tahap ini dilakukan eliminasi terhadap material yang lolos pada tahap screening I. Pada tahap ini, 15 material yang sifatnya tidak memenuhi kriteria kebutuhan material yang telah ditetapkan akan dieliminasi.

Berdasarkan kriteria kebutuhan tangan prosthetic terdapat constraint mengenai material yang reuse dan tahan terhadap korosi.

Kriteria reuse dalam penelitian ini didasarkan pada kemudahan untuk memperoleh produk/barang bekas pakai yang terbuat dari material yang dimaksud dan proses yang digunakan untuk membuat barang bekas menjadi bahan baku untuk pembuatan prosthetic hand. Sedangkan informasi mengenai ketahanan teradap korosi diperoleh dari tabel 4.4 mengenai sifat-sifat material. Sehingga material yang tidak memenuhi kriteria re-use dan ketahanan korosi yang baik akan gugur/dieliminasi.

commit to user

IV-17

Tabel 4.8 Tahap Screening II

commit to user

IV-18

Tabel 4.8 (lanjutan) Tahap Screening II

No. Material Golongan Ketahanan

Korosi Aplikasi^*)

Proses Re-use (Pembuatan Bahan

Baku)

Ketersediaan di pasaran / Kemudahan

untuk memperoleh^**)

Lolos Screening II

5 Epoxies Polimer Baik

Pure epoxy molding compounds: the encapsulation of electrical coils and electronics components; epoxy resins in laminates: pultruded rods, girder stock, special tooling fixtures, mechanical components such as gears; adhesives, often for high-strength bonding of dissimilar materials; patterns and moulds for shaping thermoplastics.

Tidak Tidak Tidak

6 Polyamides (Nylons,

PA) Polimer Baik

Light duty gears, bushings, sprockets and bearings; electrical equipment housings, lenses, containers, tanks, tubing, furniture casters, plumbing connections, bicycle wheel covers, ketchup bottles, chairs, toothbrush bristles, handles, bearings, food packaging.

Tidak Tidak Tidak

7 Polyetheretherketone

(PEEK) Polimer Baik

Electrical connectors, hot water meters, F1 engine components, valve and bearing components, wire and cable coatings, film and filament for specialized applications, pump wear rings, electrical housing, bushings, bearings.

Tidak Tidak Tidak

commit to user

IV-19

Tabel 4.8 (lanjutan) Tahap Screening II

No. Material Golongan Ketahanan

Korosi Aplikasi^*)

Proses Re-use (Pembuatan Bahan

Baku)

Ketersediaan di pasaran / Kemudahan

untuk memperoleh^**)

Lolos Screening II

8 Polyethylene (PE) Polimer Baik

Oil container, street bollards, milk bottles, toys, beer crate, food packaging, shrink wrap, squeeze tubes, disposable clothing, plastic bags, paper coatings, cable insulation, artificial joints, and as fibers - low cost ropes and packing tape

reinforcement.

Ya Ya Ya

9 Polyethylene

terephthalate (PET) Polimer Baik

Electrical fittings and connectors; blow molded bottles; packaging film; film;

photographic and X-ray film; audio/visual tapes; industrial strapping; capacitor film;

drawing office transparencies; fibers.

Decorative film, metallized balloons, photography tape, videotape, carbonated drink containers, ovenproof cookware, windsurfing sails, credit cards.

Ya Ya Ya

10 Polymethyl methacrylate

(Acrylic, PMMA) Polimer Baik

Lenses of all types; cockpit canopies and aircraft windows; signs; domestic baths;

packaging; containers; electrical components; drafting equipment; tool handles; safety spectacles; lighting, automotive tail lights, chairs, contact lenses, windows, advertising signs, static dissipation products; compact disks.

Ya Ya Ya

commit to user

IV-20

Tabel 4.8 (lanjutan) Tahap Screening II

No. Material Golongan Ketahanan

Korosi Aplikasi^*)

Proses Re-use (Pembuatan Bahan

Baku)

Ketersediaan di pasaran / Kemudahan

untuk memperoleh^**)

Lolos Screening II

11 Polyoxymethylene

(Acetal, POM) Polimer Baik

Window-support brackets and handles;

shower heads, ballcocks, faucet cartridges, and various fittings; quality toys; garden sprayers; stereo cassette parts; butane lighter bodies; zippers; telephone components; couplings; pump impellers;

conveyor plates; gears; sprockets; springs;

gears; cams; bushings; clips; lugs; door handles; window cranks; housings; seat-belt components; watch gears; conveyor links;

aerosols; mechanical pen and pencil parts;

milk pumps; coffee spigots; filter housings;

food conveyors; cams; gears; TV tuner arms; automotive underhood components.

Ya Tidak Tidak

12 Polypropylene (PP) Polimer Baik

Ropes, general polymer engineering, automobile air ducting, parcel shelving and air-cleaners, garden furniture, washing machine tank, wet-cell battery cases, pipes and pipe fittings, beer bottle crates, chair shells, capacitor dielectrics, cable insulation, kitchen kettles, car bumpers, shatter proof glasses, crates, suitcases, artificial turf.

Ya Ya Ya

13 Polystyrene (PS) Polimer Baik

Toys; light diffusers; beakers; cutlery;

general household appliances; video/audio cassette cases; electronic housings;

refrigerator liners.

Ya Ya Ya

commit to user

IV-21

Tabel 4.8 (lanjutan) Tahap Screening II

Pada tahap screening II, terdapat 7 material yang lolos dari 15 material yang lolos pada tahap screening I. Ketujuh material ini kemudian akan dilanjutkan ke tahap ranking.

No. Material Golongan Ketahanan

Korosi Aplikasi^*)

Proses Re-use (Pembuatan Bahan

Baku)

Ketersediaan di pasaran / Kemudahan

untuk memperoleh^**)

Lolos Screening II

14 Polyurethane (tpPUR) Polimer Baik

Cushioning and seating, packaging, running shoe soles, tires, wheels, fuel hoses, gears, bearings, wheels, car bumpers, adhesives, fabric-coatings for inflatables, transmission belts, diaphragms, coatings that are resistant to dry-cleaning, furniture, thermal insulation in refrigerators and freezers.

Tidak Tidak Tidak

15 Polyvinylchloride

(tpPVC) Polimer Baik

Pipes, fittings, profiles, road signs, cosmetic packaging, canoes, garden hoses, vinyl flooring, windows and cladding, vinyl records, dolls, medical tubes. elPVC:

artificial leather, wire insulation, film, sheet, fabric, car upholstery.

Ya Ya Ya

*) Data aplikasi material diperoleh dari database software CES EduPack 4.5, sedangkan untuk aplikasi yang ditulis tebal (bold ) merupakan aplikasi material yang paling mudah diperoleh di tempat barang bekas (pengepul)

**) Data ketersediaan di pasaran diperoleh dari observasi langsung ke tempat barang bekas (pengepul)

commit to user

IV-22

Tabel 4.9 Material yang Lolos tahap Screening II

No. Material

1. Cast Al-Alloy 2. Polyethylene (PE)

3. Polyethylene terephthalate (PET) 4. Polymethyl methacrylate (Acrylic,

PMMA)

5. Polypropylene (PP) 6. Polystyrene (PS)

7. Polyvinylchloride (tpPVC)

4.4 Ranking

Tahap ranking merupakan tahap pengurutan kandidat/alternatif material yang telah diperoleh berdasarkan tujuan yang ingin dicapai. Tahap ini dilakukan dengan cara melakukan perbandingan nilai indeks material dengan re-use cost menggunakan metode grafik (graphical method) dengan menggabungkan strategi trade-off dan penalty function. Data-data yang digunakan untuk membuat grafik adalah data re-use cost dalam IDR/1000cm³ dan perhitungan nilai masing-masing indeks material.

Tabel 4.10 Data Re-use Cost dan Nilai Indeks Material

No. Material Re-use Cost

(IDR/1000cm3) M1 M2

1. Cast Al-Alloy 30000 34,722222 50

2. Polyethylene (PE) 3286,5 1512,0773 52,458101

3. Polyethylene terephthalate (PET) 3870 467,3913 22,831858 4. Polymethyl methacrylate (Acrylic,

PMMA) 4640 517,85714 21,561338

5. Polypropylene (PP) 2670 993,30357 42,995169

6. Polystyrene (PS) 5200 866,66667 36,211699

7. Polyvinylchloride (tpPVC) 1950 607,47664 36,723164

Grafik yang dibuat pada tahap ranking dibedakan berdasarkan ruas jari (finger link) dan penggerak ruas jari (cross link). Untuk ruas jari (finger link), digunakan data re-use cost dan indeks material untuk ruas jari (M₁). Sedangkan, untuk penggerak ruas jari digunakan data re-use cost dan indeks material untuk penggerak ruas jari (M₂). Pada kedua grafik, variabel re-use cost terletak pada x- axis dan untuk indeks material terletak pada y-axis. Melalui grafik tersebut, dapat commit to user

IV-23

diketahui posisi setiap material apabila dibandingkan dari segi re-use cost dan indeks material. Setelah diketahui posisi masing-masing material, kemudian dibentuk garis trade-off dan garis ∝. Alternatif material terpilih adalah material yang dekat dengan garis trade-off. Gambar 4.9 (a) menunjukkan grafik ranking untuk ruas jari (finger link) dan gambar 4.9 (b) menunjukkan grafik ranking untuk penggerak ruas jari (cross link).

(a)

(b)

Gambar 4.9 Ranking Material untuk: (a) Ruas Jari (Finger Link); (b) Penggerak Ruas Jari (Cross Link)

Cast Al-Alloy PE

PET PMMA

PP PS

PVC

10 100 1000 10000 100000

100 1000 10000 100000

Material Index for Finger Link Small Large

Cheap Expensive

Reuse Cost

Material Ranking for Finger Link

Cast Al-Alloy PE

PET PMMA PP

PVC PS

1 10 100 1000 10000

100 1000 10000 100000

Material Index for Cross Link Small Large

Cheap Expensive

Reuse Cost

Material Ranking for Cross Link

Trade-off Trade-off

commit to user

IV-24

Berdasarkan gambar 4.9 (a), terdapat 2 material yang posisinya dekat dengan garis trade-off. Pada kasus seperti ini, untuk menentukan satu material terbaik diantara beberapa alternatif material, diperlukan suatu persamaan (penalty function) yang memuat variabel cost dan indeks material. Persamaan untuk tahap ranking adalah sebagai berikut:

𝒁 = 𝑪 +∝ 𝑴 ... 4.13 Z merupakan variabel untuk penalty function, C menunjukkan cost atau biaya material re-use, M menunjukkan indeks material untuk massa. Dengan persamaan 4.13, dapat dihitung nilai Z untuk beberapa alternatif material. Material dengan nilai Z terkecil, merupakan material terbaik yang mempertimbangkan re-use cost dan indeks material.

Tabel 4.11 Tabel Perbandingan Nilai Z untuk Alternatif Material Ruas Jari

No. Material Re -use Cost

(IDR/1000cm3) M1 Z

1. Cast Al-Alloy 30000 34,722 33472,222

2. Polyvinylchloride (tpPVC) 1950 607,477 2557,477

Berdasarkan tabel 4.11, dapat disimpulkan bahwa tpPVC merupakan material terbaik untuk ruas jari (finger link). Sedangkan material untuk penggerak ruas jari (cross link) dapat dilihat melalui gambar 4.9 (b), grafik hasil perbandingan re-use cost dan indeks material untuk penggerak ruas jari, menunjukkan bahwa tpPVC merupakan material yang posisinya paling dekat dengan garis trade-off, sehingga material ini merupakan material terbaik untuk penggerak ruas jari.

4.5 Supporting Information

Tahap supporting information akan memberikan informasi pendukung mengenai material terpilih apabila diaplikasikan sebagai prosthetic hand.

berdasarkan hasil ranking untuk kedua bagian prosthetic hand, dapat disimpulkan bahwa material tpPVC merupakan material terbaik untuk ruas jari dan penggerak ruas jari. Secara umum, PVC jarang digunakan namun menurut suatu referensi dapat diinformasikan bahwa material ini digunakan sebagai material jari (O’Toole, dkk., 2007). commit to user

IV-25 commit to user

IV-26

commit to user