## PENGUKURAN DIMENSI KOMPONEN ARTIFICIAL HIP JOINT HASIL INVESTMENT CASTING MENGGUNAKAN MATERIAL AISI 316L
Reza Azizul Nasa A.H
Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Sains, Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto *Email : rezazizul@gmail.com
Dwi Purwanto Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Sains, Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto *Email : dwi.purwanto.n@gmail.com

## ABSTRAK
Investment  casting merupakan  salah  satu  proses  pengecoran  yang  banyak  digunakan  untuk  proses pembuatan komponen yang rumit. Pembuatan dengan menggunakan proses ini memiliki kelebihan antara lain  produk  yang  dihasilkan  dapat  mendekati  bentuk  akhir.  Pada  tahun  2013  teknik  mesin  Universitas Diponegoro mulai melakukan penelitian mengenai artificial hip joint . Saat ini proses pembuatan artificial hip joint menggunakan machining proses.  Pembuatan artificial hip joint menggunakan proses machining cenderung memerlukan waktu yang cukup lama dan biaya yang mahal. Tujuan utama penelitian ini adalah mendapatkan  kebulatan  komponen  yang  diinginkan  dengan  melakukan  proses finishing pada  komponen yang  dibuat  menggunakan investment  castin g . Material  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah stainless  steel 316L.  Setelah  dilakukan  proses  pembuatan  menggunakan investment  casting dilakukan proses finishing untuk  menghaluskan  bermukaan  dan  menghasilkan  ukuran  yang  diinginkan.  Hasil pengukuran  didasarkan  pada  ASTM  F2033-12  dengan  tolerasi  sebesar  190µm  atau  0.19mm. Hasil pengukuran  menunjukkan  kebulatan  berbeda  sebesar  0.12mm,  yang  berarti  masih  sesuai  dengan  standar yang di tetapkan oleh ASTM F2033-12 yaitu tidak melebihi 0.19mm.
Kata kunci:  artificial hip joint, investment casting, stainless steel 316L.

## ABSTRACT
Investment  casting  is  one  of  casting  process  that  is  mostly  used  for  producing  a  complicated component.  The  advantage  this  process  is  that  the  result  is  close  to  the  final  shape.  In  2013, mechanical engineering Diponegoro University started a research about artificial hip joint. Right now, to make artificial hip joint is used machining process. The process needed a long time and an expensive cost. The objective of the study is to obtain the desired roundness of the components by finishing the components made using investment casting. The materials were used in this study are stainless steel  316L.  After the manufacturing process is carried out  using  investment  casting, the finishing  process  is  carried  out  to  smooth  the  surface  and  produce  the  desired  size.  The measurement  results  are  based  on  ASTM  F2033-12  with  a  tolerance  of  190µm  or  0.19mm.  The measurement  results  show  a  different  roundness  of  0.12mm,  which  means  that  it  is  still  in accordance with the standards set by ASTM F2033-12, which does not exceed 0.19mm.
Keywords: artificial hip joint, investment casting, stainless steel 316L.

## 1. PENDAHULUAN
Investment  casting atau  yang  dikenal  dengan  salah  satu  teknik  pengecoran  dengan spesifikasi  geometri  yang  hampir  mencapai  final.  Hal  inilah  yang  membuat  proses investment casting lebih  banyak  digunakan  dibandingkan  dengan  teknik  pengecoran  lain.  Masih  banyak keuntungan  lain  yang  bisa  didapat  dari  proses investment  casting ini,  antara  lain  dapat  membuat produk  geometri  yang  rumit  dengan  tingkat  presisi  yang  baik,  dapat  menghasilkan  permukaan produk yang baik, dan juga dapat menggunakan berbagai jenis material.
Gambar 1. Knee casting yang terbuat dari cobalt chrome dengan menggunakan cetakan dari keramik [1]
Investment  casting merupakan  proses  penting  untuk  menghasilkan  logam  dengan  tingkat presisi yang baik seperti kerangka gigi tiruan, mahkota, dan inlay. Proses investment casting harus mendekati  bentuk  yang  sebenarnya.  Dengan  demikian mold dibuat  sedikit  melebihi  ukuran  asli untuk  proses  permesinan  yang  dilakukan  setelah  proses investment  casting selesai.  Keberhasilan investment  casting ditentukan  oleh  tidak  adanya  pemuaian  yang  terjadi  pada  cetakan  saat  proses casting berlangsung [2]. Ada 3 tahapan dalam proses investment casting , yaitu produksi wax pattern , produksi mold keramik  dan  pengecoran  logam.  Tahap  pertama  terdiri  dari  perancangan  cetakan  untuk wax pattern, proses  permesinan  dilakukan  untuk  membuat  cetakan  kemudian  dilakukan  proses plactic/wax injection sehingga  didapatkan wax  pattern .  Pada  tahap  kedua,  wax  pattern  tersebut dicelupkan  kedalam ceramic  slurry sehingga  akan  didapatkan  lapisan  keramik,  selanjutkan dilakukan pemanasan sehingga wax bisa meleleh keluar dari lapisan keramik tersebut dan akhirnya didapat  mold  keramik.  Tahap  terakhir  adalah  pengisian  logam  cair  kedalam mold .  Sebelum menuangkan  logam  cair  dituang, mold harus  dipanaskan  terlebih  dahulu  hinggal  suhu  1060 o C untuk  menghindari  pecahnya mold saat  dituang  logam  cair.  Setelah  ditungan  spesimen  dibiarkan hingga mengeras, lalu mold tersebut dihancurkan untuk mengeluarkan produk. [3].
Gambar 2. Proses investment casting [1]
Proses pembuatan cetakan dilakukan dengan 3D modelling dengan menggunakan software CAD/CAM .  Pada  penelitian  ini  proses  desain  mengguakan CAD/CAM merupakan  tahap  pertama sebelum  proses  investment  casting  dilakukan. CAD  (Computer  Aided  Design) digunakan  untuk membantu  dalam  membuat  perancangan  cetakan  untuk wax  pattern ,  lalu CAM  (Computer  Aided Manufacturing) digunakan  untuk  membantu  perencanaan  proses  pemesinan  cetakan  tersebut.  [4] Simulasi  proses  pemesinan  dan  verifikasi  juga  dapat  dilakukan  dengan CAM .  Selanjutnya  hasil perencanaan  yang  dilakukan  di CAM ini  diterjemahkan  oleh  sebuah  post  processor  agar  dapat dijalankan di mesin CNC tertentu.

## 2.  METODOLOGI
Mulai Studi Pustaka Pemodelan Artificial Hip Joint Proses pembuatan mold Artificial Hip Joint Proses investment casting Artificial Hip Joint Analisis Dimensi Membandingkan dengan desain Artificial Hip Joint Selesai Proses pembuatan 3D Print Artificial Hip Joint Sesuai pemodelan? Ya Tidak Ya
Gambar 3. Diagram alir penelitian

## 2.1 Alat dan Bahan Pembuatan Artificial Hip Joint 2.1.1 AISI 316L
Material  yang  digunakan  untuk  membuat investment  casting adalah  AISI  316L  dengan mengacu pada ASM International. Untuk data material dapat dilihat pada Tabel 1. [5].
Tabel 1. Komposisi kimia AISI 316L [6] C% Si % Mn% P% S% Cr% Ni% Mo% N% Min - - - - - 16,00 10,00 2,00 - Max 0,03 1,00 2,00 0,045 0,03 18,00 14,00 3,00 0,10

## 2.1.2 Mold Artificial Hip Joint
Pembuatan mold menggunakan material duraluminum  (paduan alumunium-tembaga). Unsur pembuatan dari  duralium  itu sendiri  adalah 91-95% alumunium, tembaga 3,8-4,9%, mangan 0,3- 0,9%, magnesium 1,2-1,8%, besi <0,5%, silikon <0,5%, seng <0,25%, titanium <0,15%, kromium <0,1%, dan tidak lebih dari 0,15% merupakan unsur lainnya. Pada Gambar 4 merupakan salah satu contoh molding yang terbuat dari duralium.
Gambar 4. Mold dengan material duralium

## 2.1.1 Prosedur Pembuatan Investment Casting
Berikut merupakan prosedur pembuatan Investment casting:
1.  Penentuan Model
2.  Pembuatan Mold
3.  Proses injection wax /lilin pada mold
4.  Proses pelapisan lilin dengan pasir keramik sebanyak 7 lapis
5.  Proses mengeluarkan lilin dari keramik dengan cara memanaskan hingga titik lelehnya.
6.  Proses pemanasan cetakan hingga suhu 1060 o C (untuk menghindari crack saat proses penuangan material).
7.  Penuangan AISI 316L  dan Ti6Al4V pada cetakan.
8.  Menunggu spesimen hingga berada pada suhu ruangan/mendingin.
9.  Mengeluarkan  material  dari  cetakan  dengan  cara  dipukul  menggunakan  palu  secara perlahan.
Gambar 5. Proses pembuatan artificial hip joint menggunakan investment casting

## 2.1 Pengukuran Dimensi Artifical Hip Joint
Proses finishing pada  komponen artificial  hip  joint dilakukan  di  PT.  ATMI  solo  kemudian dilakukan pengukuran di PT. KUBOTA Indonesia semarang menggunakan Mitutoyo Crysta Apex S yang ditunjukkan oleh gambar 6.
Gambar 6. Mitutoyo Crysta Apex S

## 2.1 Desain Artificial Hip Joint Menggunakan Solidworks
Software yang digunakan untuk mendesain artificial hip joint produk UNDIP pada penelitian ini menggunakan Solidworks  2015  student  license [6].  Desain  hip  joint  terdiri dari stem,  femoral head,  acetabular  cup, dan outer  liner .  Untuk  gambar  dari  setiap  komponen  dapat  dilihat  pada Gambar 7.
Gambar 7. Desain artificial hip joint menggunakan solidworks

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Pengukuran Komponen Artificial Hip Joint
Berikut ini merupakan hasil pengukuran komponen pada artificial hip joint yang dilakukan pada PT. Kubota Indonesia.
Gambar 8. Hasil pengukuran pada femoral head
Gambar 9. Hasil pengukuran pada outer liner

## Gambar 10. Hasil pengukuran pada acetabular cup

## 3.2 Hasil Pengukuran Komponen Artificial Hip Joint
Pada gambar 11 sampai 13 menunjukkan hasil pengukuran pada spesimen artificial hip joint hasil investment casting dengan menggunakan AISI 316L.
Gambar 11. Desain femoral head
Tabel 2. Dimensi acetabular cup Desain (mm) Present (mm) Selisih (mm) A 10,33 10,093 0,237 B 14,00 13,940 0,06 C 12,10 12,192 0,092 D 14,07 14,066 0,004
Gambar 12. Desain outer liner
Tabel 3. Dimensi outer liner Desain (mm) Present (mm) Selisih (mm) A 37,71 38,004 0,294 B 19,60 19,441 0,159 C 36,05 35,606 0,444 D 36,05 35,305 0,747 E 18,55 18,103 0,447 F 1,05 1,338 0,288 G 6,38 6,378 0,002 H 0,20 0,162 0,038
Tabel 4. Dimensi acetabular cup Desain (mm) Present (mm) Selisih (mm) A 20,90 20,845 0,055 B 27,00 27,227 0,227 C 2,50 2,444 0,056 D 1,10 1,168 0,068 E 29,80 29,683 0,117 F 4,50 4,462 0,038 G 42,00 42,033 0,033 H 4,90 4,313 0,587 I 5,00 4,778 0,222 J 0,50 0,667 0,167 K 0,50 0,512 0,012 L 21,00 21,031 0,031 M 1,30 1,370 0,07
Pada  hasil  pengukuran  material stainless  steel  316L diatas  menunjukkan  selisih  terbesar terletak pada acetabular cup sebesar 0,587 mm. Selisih  yang dihasilkan berdasarkan  pengukuran menggunakan  mesin Coordinate  Measuring  Machine  (CMM) .  Adanya  selisih  diatas  disebabkan oleh proses machining. Untuk femoral head ukuran diameter sudah memenuhi ASTM F22033-12 dengan  ukuran  diameter  yang  ditentukan  yaitu  sebesar  28mm  –  36  mm.  Pada  ASTM  F2033-12 toleransi  maksimum  untuk femoral  head adalah  sebesar  190µm  atau  0,19  mm.  Pada  hasil pengukuran femoral  head diameter  yang  ditentukan  adalah  sebesar  28mm  dan  hasil  pengukuran setelah  mengalami  proses machining adalah  0,12  mm  sehingga  masih  sesuai  dengan  ASTM F2033-12.

## 4.  KESIMPULAN
Produk artificial  hip  joint hasil  proses investment  casting menggunakan  AISI  316L memiliki  hasil  akhir  yang  hampir  menyerupai  dengan  bentuk  desain  awal  menggunakan solidworks setelah  melaluli  finishing  dan  dilakukan  proses  pengukuran  menggunakan  alat pengukur  kebulatan  (Mitutoyo  Crysta  Apex  S)  di  Kubota.  Hasil  pengukuran  kebulatan  masih sesuai  toleransi  yang ditetapkan oleh  standar ASTM F2033-12 yaitu tidak  melebihi 0.19mm dari desain awal.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Singh, S. and Singh, R. (2017). Investment Casting (Disposable Mold) , Reference Module in Material Science and Material Engineering
[2]  Darvel B.W. (2018). Materials science for dentistry , Woodhead publishing.
[3]  Jones,  S.  and  Yuan,  C.,  2003.  “Advances  in  shell  moulding  for  investment  casting”. Journal  of Materials Processing Technology 135. 2-3, pp.258-265.
[4]  Kennard, R.W. and Stone, L.A., 1969. “Computer aided design of experiments”. Technometrics, 11. 1, pp.137-148.
[5]  Respati,  S.M.B.  2010.  “Bahan  biomaterial  stainless  steel  dan  keramik”.. MAJALAH  ILMIAH MOMENTUM, 6. 1.
[6]  ASM International. [Online]. Available: http://asm.matweb.com
[7]  Jamari,  J.,  Ismail,  R.,  Saputra,  E.,  Sugiyanto,  S.  and  Anwar,  I.B.  2014.  “The  effect  of  repeated impingement  on  UHMWPE  material  in  artificial  hip  joint  during  salat  activities”. In  Advanced Materials Research 896, pp. 272-275