## STUDI PENGEMBANGAN KOMPONEN IMPLAN PADUAN TI6AL4V UNTUK APLIKASI BIOMEDIS DENGAN PROSES METAL INJECTION MOLDING
Dea Anggraheni Pusparasmi 1 , Bambang Suharno 1 , Sugeng Supriadi 2
Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia 1 Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia 2 dea.anggraheni@ui.ac.id
Submitted July 1, 2021; Revised July 8, 2021; Accepted July 15, 2021

## Abstrak
Paduan  titanium  Ti6Al4V  merupakan  material  yang  memiliki  kombinasi  sifat  mekanik  yang diperlukan  untuk  implan  seperti  keuletan  yang  baik,  ketahanan  korosi  yang  tinggi  dan biokompatibilitas  yang  baik,  sehingga  banyak  digunakan  sebagai  material  untuk  aplikasi  implan biomedis.  Salah  satu  metode  yang  saat  ini  banyak  digunakan  untuk  memproduksi  implant  Ti6Al4V dengan menggunakan proses metal injection molding (MIM). Proses MIM banyak digunakan karena dapat memproduksi part dengan lebih efektif, dan biaya produksi yang lebih murah. Salah satu faktor penting  dalam  proses  MIM  adalah powder  loading dari  serbuk  logam  serta  sistem binder yang digunakan sebagai material feedstock . Sehingga perlu dilakukan studi lebih lanjut dan review literatur yang  mendalam  terkait  hal  tersebut.  Pencarian  literatur  dengan  menggunakan  basis  data  ( database ) digital ScienceDirect dan dibatasi pada tahun 2011-2020. Hasil studi menunjukkan bahwa baik sistem binder  maupun powder  loading memiliki  pengaruh  terhadap  sifat  mekanis  produk  hasil  injeksi, hasilnya terbukti bahwa viskositas feedstock mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya laju geser ( shear rate ).
Kata Kunci : Metal injection molding; Ti6Al4V; powder loading; sistem binder

## Abstract
Titanium  alloy  Ti6Al4V  is  a  material  that  has  a  combination  of  mechanical  properties  required  for implants such as good ductility, high corrosion resistance and good biocompatibility, so it is widely used as a material for biomedical implant applications. One method that is currently widely used to produce Ti6Al4V implants is by using the metal injection molding (MIM) process. The MIM process is widely  used  because  it  can  produce  parts  more  effectively,  and  low-cost  production.  One  of  the important factors in the MIM process is the powder loading of metal powders and the binder system used as feedstock material. So, it is necessary to conduct further studies and in-depth literature review related to this matter. Literature search using the ScienceDirect, a digital database and limited to year 2011-2020.  The  results  of the  study  show  that  both  the  binder  and  powder loading  systems  have  an influence  on  the  mechanical  properties  of  the  injection  product,  the  results  are  evident  that  the viscosity of the feedstock decreases with the increase in the shear rate.
Key Words : Metal injection molding; Ti6Al4V; powder loading; binder system

## 1. PENDAHULUAN
Menurut  data  Badan  Pusat  Statistik  (BPS) pada  tahun  2017,  jumlah  kendaraan bermotor  di  Indonesia  sejak  tahun  2010 hingga 2017 terus mengalami peningkatan. Berdasarkan data dari BPS yang terangkum  pada  Statistik  Transportasi Darat [1], jumlah kendaraan bermotor pada tahun  2017  mencapai  138  juta  kendaraan
yang  didominasi  oleh  sepeda  motor  yaitu sebanyak  113  juta.  Tingginya  jumlah kendaraan bermotor tersebut akan meningkatkan  risiko  terjadinya  kecelakaan lalu  lintas  yang  juga  semakin  meningkat setiap  tahunnya.  Sedangkan  menurut  data jumlah  kecelakaan  lalu  lintas  yang  dirilis oleh  BPS  pada  tahun  2017  [2],  setidaknya
terdapat  103.228  kasus  kecelakaan  dengan korban luka berat mencapai  14.395 jiwa.
Selain  berasal  dari  korban  kecelakaan  lalu lintas,  kasus  cidera  tulang  di  Indonesia juga  terus  mengalami  peningkatan  setiap tahunnya.  Data  yang  dirangkum  oleh Kementerian Kesehatan menyebutkan, setidaknya  terdapat  8  juta  orang  yang mengalami  patah  tulang  (fraktur femur ). Kasus  fraktur femur merupakan  yang paling  sering  yaitu  sebesar  39%  diikuti fraktur humerus (15%),  fraktur tibia dan fibula (11%),  dimana  penyebab  terbesar fraktur femur adalah kecelakaan lalu lintas yang biasanya disebabkan oleh kecelekaan mobil,  motor,  atau  kendaraan  rekreasi (62,6%) dan jatuh dari ketinggian  (37,3%) dan mayoritas adalah pria (63,8%). Insiden fraktur  femur  pada  wanita  adalah  fraktur terbanyak  kedua  (17,0  per  10.000  orang per  tahun)  dan  nomer  tujuh  pada  pria  (5,3 per  orang  per  tahun).4,5  Puncak  distribusi usia  pada  fraktur  femur  adalah  pada  usia dewasa  (15  -  34  tahun)  dan  orang  tua  (di atas  70  tahun)  [3].  Tingginya  angka  kasus kerusakan  tulang  mendorong  permintaan prostesis,  komponen  buatan  serupa  tulang yang  diganti  atau  implan  tulang.  Untuk memenuhi  kebutuhan  prosthesis  tersebut, pemerintah melakukan impor 90%. Produk prostesis  impor  itu  pun  tak  sesuai  ukuran tulang  Indonesia  yang  lebih  pendek sehingga  penanganan  medis  tidak  optimal [4].
Sejak dua dekade terakhir, Metal Injection Moulding (MIM)  mulai  dikembangkan sebagai alternatif manufaktur untuk beberapa  material,  seperti  stainless  steel, paduan  titanium,  hingga metal  matrix composite (MMC)  untuk  miniplate  untuk implan  [5].  MIM  dianggap  sebagai  teknik pembuatan  komponen  yang  baik  untuk stainless  steel,  titanium  dan  bahan  logam lainnya.  Proses  ini  juga  telah  menarik perhatian  selama  dekade  terakhir  sebagai teknik  yang menjanjikan untuk  pembuatan komponen  dari  titanium  yang  rumit  untuk
berbagai  aplikasi  di  biomedis, aerospace , otomotif  dan  industri  lainnya.  Secara historis,  kebutuhan  untuk  menggunakan bubuk titanium halus yang bulat (0,45 μm) dengan  kandungan  titanium  dioksida  yang rendah  telah  menghambat  aplikasi  industri titanium MIM dari perspektif ekonomi.
Secara umum, skema proses MIM digambarkan pada Gambar 1 yang dimulai dengan  pembuatan feedstock.  Feedstock merupakan  serbuk  logam  yang  telah dicampur  dengan binder yang  terdiri  dari campuran  polimer,  wax,  dan  lubrikan. Feedstock kemudian  digranulasi  hingga membentuk pellet ,  kemudian  diinjeksi dengan  mesin.  Mesin  injeksi  digunakan untuk memanaskan feedstock yang kemudian  lelehannya  didorong  ke  dalam cetakan  dan  dinginkan.  Hasilnya  disebut sebagai green  part yang  selanjutnya  akan melalui proses debinding . Proses debinding dilakukan  untuk  menghilangkan binder dari  logam  dengan  menggunakan  larutan ( solvent  debinding )  atau  pemanasan  pada temperature  di  bawah  temperatur  sintering ( thermal  debinding )  dan  hasil  yang didapatkan  berupa brown  part yang  telah bebas  dari binder . Brown  part kemudian melalui  proses  sintering  untuk  pengikatan bagian-bagian yang berporos dan menghilangkan  sisa-sisa binder .  Dari  sini dihasilkan  produk  yang  memiliki  densitas bebas poros kurang lebih sebesar 95% [6].
Gambar 1. Skema Proses M etal Injection Molding (MIM) [6].
Dalam  proses  MIM,  karakteristik  serbuk, powder  loading ,  komposisi  binder,  dan metode pencampuran ( mixing ) akan mempengaruhi  kualitas feedstock yang digunakan.  Optimasi powder  loading dan
sistem  binder  dapat  mempengaruhi  biaya produksi  menjadi  lebih  efektif  dan  efisien, serta dapat meminimalisir terjadinya defect selama  proses  MIM  berlangsung  [7].  Oleh karena  itu,  diperlukan  studi  lebih  lanjut tentang  pengembangan  komponen  paduan Ti6Al4V  yang  digunakan  pada  proses MIM  selama  1  dekade  terakhir  untuk mengetahui  tren  penelitian  sebelumnya serta menjadi acuan untuk melakukan riset lebih  lanjut  untuk  pengembangan  implan berbasis paduan Ti6Al4V.

## 2. METODE PENELITIAN
Pencarian data dilakukan dengan menggunakan data penelitian yang dilakukan  dari  tahun  2011  hingga  2020 dari basis data  ( database ) publikasi  digital bereputasi  yaitu  ScienceDirect  dengan menggunakan  kata  kunci  “ metal  injection molding ”  dan  “titanium”.  Hal  ini dimaksudkan  agar  data  penelitian  terbatas pada  proses metal  injection  molding paduan  titanium.  Mesin  pencarian  dan basis data secara daring dilakukan menggunakan ScienceDirect karena berdasarkan  kriteria  standar  pencarian basis data menurut Gusenbauer pada tahun 2020 [8], ScienceDirect memenuhi kriteria sebagai basis  data pencarian  untuk melakukan review sistematis. Kriteria basis data  tersebut  di  antaranya  harus  relevan, transparan,  dan  dapat  dilakukan  ulang ( reproducible ).
Pencarian data penelitan menggunakan tiga kriteria.  Kriteria  pertama,  data  penelitian harus  memiliki  topik  tentang metal injection  molding .  Kriteria  kedua,  topik metal  injection  molding dibatasi  untuk aplikasi  paduan  titanium  Ti6Al4V  untuk aplikasi  biomedis.  Kriteria  ketiga,  data penelitian  harus  sistematis,  kredibel  dan logis.  Sesuai  dengan  ketiga  kriteria tersebut,  dengan  menggunakan  kata  kunci “ metal injection molding titanium” diperoleh  28  data  penelitian  namun  hanya
7  data  penelitian  yang  memenuhi  kriteria, yaitu  proses  MIM  pada  paduan  Ti6Al4V. Total  data  penelitian  yang  sesuai  kriteria adalah  tujuh  data  yang  disajikan  pada Tabel 1.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Studi dan Review Data Penelitian
Berdasarkan  kriteria  data  yang  digunakan, diperoleh 7 data penelitian mengenai MIM Ti6Al4V. Terdapat tiga data yang membahas  tentang  sifat  rheologi feedstock paduan  Ti6Al4V  yang  digunakan  pada proses  MIM.  Tiga  data  selanjutnya membahas  tentang  sistem  binder  serta optimasi parameter proses yang digunakan saat  melakukan  MIM  paduan  Ti6Al4V, baik saat injeksi hingga sintering. Sedangkan  satu  data  terakhir  membahas tentang  uji  sampel  MIM  menggunakan metode  tidak  merusak  ( non-destructive test ).
Wang,  dkk  (2013)  [9]  membahas  tentang karakteristik  rheologi  paduan  Ti6Al4V yang digunakan untuk aplikasi MIM. Pada penelitian  tersebut  digunakan  serbuk  Ti murni  99,5%  dan  serbuk  pre-alloy  6Al4V dengan  kemurnian  >99%.  Perbandingan komposisi  keduanya  90  wt.%  serbuk titanium  dan  10  wt.%  serbuk  pre-alloy. Binder  yang  digunakan  pada  penelitian tersebut  yaitu  60% Paraffin  wax (PW),
35% Low  density  polyethylene (LDPE), dan  5% Strearic  acid (SA)  sebagai pengikat. Variasi parameter yang digunakan  saat  proses  adalah  waktu milling , powder  loading ,  temperatur  uji serta  laju  geser  ( shear  rate ).  Sampel  yang dibuat  terbagi  menjadi  5  dengan  variasi powder  loading dan  waktu milling yang berbeda. Viskositas feedstock diukur dengan  rheometer  kapiler  Instron  3211. Temperatur pengujian adalah 140, 150 dan 160°C  dengan  laju  geser  berada  pada kisaran 4.23 hingga 1412 s −1 .
Tabel 1.  Data Penelitian Tentang Metal Injection Molding paduan Ti6Al4V No. Data Penelitian Serbuk Logam Binder Polimer 1 Thavanayagam, dkk (2015) Paduan HDH Ti6Al4V PEG, PVB, SA 2 Thavanayagam, dkk (2018) Paduan HDH Ti6Al4V PEG, PVB, SA 3 Sidambe, dkk (2013) Ti6Al4V PEG, PMMA, SA 4 Raza, dkk (2015) Gas atomisasi Ti6Al4V PEG, PMMA, SA 5 Thavanayagam, dkk (2019) Paduan HDH Ti6Al4V PEG, PVB, SA 6 Lin, dkk (2017) BE Ti6Al4V PW, PP, PE, SA 7 Wang, dkk (2013) Ti6Al4V pre-alloy PW, LDPE, SA Untuk  mengetahui  efek  waktu milling
terhadap sifat rheologi, dilakukan pengukuran  dengan  variasi  waktu milling selama 20, 40, dan 60 jam pada temperatur 150°C dan powder loading 60 vol%.
Berdasarkan Gambar 2 diketahui viskositas menurun  seiring  dengan  kenaikan  laju gesernya. Namun seiring dengan penambahan waktu milling , viskositas juga mengalami  peningkatan.  Hal  tersebut dikarenakan  semakin  lama  waktu milling maka  akan  memperkecil  ukuran  partikel sehingga menyebabkan area permukaannya akan  semakin  besar.  Studi  tersebut  juga menunjukkan  kenaikan  laju  geser  akan memperkecil  perbedaan  viskositas  pada waktu milling yang  berbeda.  Ketika  laju geser berada pada 14.12976 s −1 , perbedaan viskositasnya  mencapai  699.821  pascal sekon  (Pa.s),  sedangkan  pada  laju  geser 423.8929  s −1 perbedaan  viskositasnya turun  menjadi  10.597  Pa.s.  Hal  tersebut dikarenakan  semakin  lama  waktu milling , maka  viskositas  akan  semakin  sensitif terhadap  laju  geser.  Selain  itu,  indeks perilaku aliran ( flow behavior index ) n dari feedstock F3,  F4,  F5  dan  F6  diperoleh 0.387,  0.337,  0.320  dan  0.301,  secara berurutan.  Hal  ini  berarti  nilai n menurun
ketika powder loading meningkat.
G.  Thavanayagam  dkk  pada  tahun  2015
[10]  menganalisis  tentang  sifat  rheologi dari feedstock titanium yang
diformulasikan menggunakan sistem binder terlarut dalam air. Binder
merupakan salah satu faktor penting dalam menentukan  keberhasilan  proses  MIM, sistem binder yang baik akan menghasilkan feedstock dengan sifat
rheologi  yang  baik,  sehingga  dapat diperoleh  produk  MIM  dengan  sifat mekanik  optimal.  Kualitas feedstock dapat dilihat berdasarkan sifat reologinya. Feedstock dengan viskositas, energi aktivasi, dan indeks laju aliran yang rendah akan memiliki sifat reologi yang lebih baik untuk  proses  injeksi  yang  efektif.  Energi aktivasi  aliran  banyak  digunakan  untuk menganalisis  ketergantungan  suhu  dari viskositas  dan  tergantung  pada  komposisi pengikat  dan  bahan  baku.  Material  yang digunakan  pada  penelitian  tersebut  berupa serbuk HDH-Ti6Al4V serta binder Polyethylene  glycol (PEG), Polyvinyl butyral (PVB),  dan Strearic  acid (SA). Temperatur  uji  dilakukan  pada  suhu  125, 140,  dan  165°C,  dengan  variasi  beban  20, 40, 60, 100, dan 160 N.
Gambar 2. Viskositas Feedstock terhadap Laju Geser pada 150°C [9]
Hasilnya diperoleh bahwa semua formulasi feedstock mengalami  fenomena shear thinning , yang menjadi parameter keberhasilan  proses  MIM.  Viskositas
mengalami  penurunan  seiring  meningkat- nya  laju  geser,  yang  menunjukkan  aliran non-Newtonian pseudoplastic. Berdasarkan hasil  penelitian,  diperoleh feedstock yang paling  optimum  pada  komposisi  60  vol.% HDH-Ti6Al4V,  32  vol.%  PEG,  6  vol.% PVB dan 2 vol.% SA karena memiliki sifat reologi  terbaik,  di  antaranya rendah energi aktivasi,  memiliki  viskositas  yang  rendah, shear thinning dan fluiditas tinggi, dan laju aliran  leleh  ( melt  flow  rate )  tinggi.  Energi aktivasi  aliran  yang  tinggi  menunjukkan pengaruh  temperatur  yang  kuat  terhadap viskositas.  Oleh  karena  itu,  perubahan kecil temperatur selama proses MIM dapat menyebabkan  perubahan  yang  signifikan dalam  viskositas feedstock .  Viskositas  dan laju  geser  dari  semua feedstock dalam penelitian ini berada dalam kisaran 26 Pa.s sampai  214  Pa.s  pada  230  s −1 dan  14.800 s −1 .
Pada  tahun  2018,  G.  Thavanayagam  dkk [11] melakukan penelitian lanjutan tentang proses debinding pada  sistem  binder berbasis PVB pada MIM titanium. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui efek dari perbedaan komposisi binder PEG-PVB, powder loading (55 dan 60  vol%)  dan  parameter  proses  terhadap hasil MIM berbasis serbuk HDH-Ti6Al4V. Pada  studi  tersebut  digunakan  5  variabel dengan campuran komposisi HDH-
Ti6Al4V  55  dan  60  vol%  serta  sistem binder  PEG:PVB:SA  75:20:5,  80:15:5, atau  85:10:5  vol%.  Variasi  temperatur injeksi MIM dilakukan pada 125, 130, 135, 140,  dan  145°C.  Sedangkan  untuk  proses solvent debinding dilakukan dengan variasi temperatur 35, 45 dan 55 °C selama 0.5, 1, 2,  4,  6,  10,  16  dan  24  jam.  Hasil  yang paling  optimum  didapatkan  pada  sampel dengan  komposisi  serbuk  60  vol%  HDH- Ti6Al4V dan binder 80:15:5 vol%
PEG:PVB:SA.  Proses  solvent  debinding yang  paling  optimum  terjadi  pada  suhu 35°C  selama  4  jam  atau  45°C  selama  3 jam.
Penelitian  lain  yang  dilakukan  oleh  G. Thavanayagam dkk (2019) [7] mempelajari  tentang  optimasi  komposisi feedstock HDH-Ti6Al4V  untuk  proses MIM. Studi tersebut merupakan kelanjutan penelitian yang dilakukan pada tahun 2015 dan  2018.  Pada  studi  ini  masih  digunakan serbuk  HDH-Ti6Al4V  serta  kombinasi binder  brupa  PEG,  PVB,  dan  SA. Penelitian  tersebut  menggunakan  empat variasi  komposisi  binder  PEG:PVB:SA vol%  65:30:5,  75:20:5,  80:15:5  dan 85:10:5.  Penelitian  ini  didasari  oleh karakteristik  serbuk,  komposisi  binder  dan metode  pencampuran  keduanya  yang ternyata  sangat  mempengaruhi  hasil  dan kualitas feedstock yang  digunakan  pada proses  MIM.  Sehingga,  perlu  dilakukan studi  lebih  lanjut  untuk  mengoptimasi keduanya  untuk  memaksimalkan  biaya produksi  yang  digunakan.  Hasil  penelitian ini  menunjukkan  bahwa  densitas  aktual dan  teoritis feedstock untuk  MIM  berkisar antara  40-65  vol%.  Pengukuran  densitas mengindikasikan  bahwa critical  powder loading (CPL)  untuk feedstock MIM dengan  komposisi  binder  PEG:PVB:SA 75:20:5,  80:15:5  dan  85:10:5  vol% berkisar  antara  58-65  vol%.  Sehingga powder loading 63 vol% dianggap sebagai hasil yang paling optimum untuk feedstock dengan  komposisi  binder  65:30:5  vol%. Selanjutnya  feedstock  dengan  komposisi 65:30:5  dan  80:20:5  vol%  dipilih  sebagai acuan perbandingan, dengan pertimbangan powder  loading  yang  optimal,  biaya  serta waktu produksi.
Viskositas feedstock yang  terbuat  dari 80:15:5  vol%  PEG:PVB:SA  pada  suhu 145°C meningkat ketika powder loading di antara  50-60  vol%,  akan  tetapi  masih kurang  dari  100  Pa.s  dan  jauh  di  bawah batas  kritis  untuk  MIM  yaitu  1000  Pa.s. Viskositas feedstock yang  terbuat  dari  50- 62 vol% powder loading dan 80:15:5 vol%
PEG:PVB:SA  binder  adalah  50  –  1100 Pa.s  dan  mengalami  peningkatan  menjadi 38,000–50,000  pada powder  loading 65
vol%. Powder loading kritis pada penelitian  tersebut  berada  pada  65  vol%, sedangkan yang paling optimum adalah 60 vol%. Feedstocks dengan  komposisi  60 vol% serbuk Ti6Al4V dengan 75:20:5 dan 80:15:5  vol%  PEG:PVB:SA  paling  cocok digunakan  untuk  aplikasi  MIM  karena keduanya  memiliki  sifat shear  thinning yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan variasi lainnya.
Lin,  dkk  (2017)  [12]  melakukan  studi tentang sifat rheologi dan thermal debinding feedstock MIM  Ti6Al4V  dan membandingkannya dengan feedstock titanium murni. Penelitian tersebut mempelajari  efek  penambahan  paduan, critical  solid  loading ,  sifat  rheologi  serta dekomposisi binder. Material yang digunakan  adalah  serbuk  BE-Ti6Al4V dengan  komposisi  90  wt.%  plasma atomisasi  titanium  dan  10  wt.%  serbuk paduan. Sedangkan binder yang digunakan pada penelitian ini adalah 57 wt.% Paraffin wax  (PW),  25  wt.%  PP,  15  wt.%  PE  dan 2,5  wt.%  SA.  Hasil  penelitian  tersebut menyebutkan  bahwa critical  solid  loading dari  BE-Ti6Al4V  adalah  66  vol%,  yang mana  lebih  rendah  3  vol%  dari feedstock titanium  murni  yaitu  69  vol%.  Sedangkan optimal  solids  loading untuk feedstock titanium  and BE-Ti6Al4V ditetapkan  pada 67 vol.% dan 64 vol.%, yang mana 2 vol.% lebih  rendah  dari  nilai critical  solids loading keduanya.
Raza,  dkk  (2015)  [13]  melakukan  studi tentang  efek  system  binder  dan  parameter proses terhadap proses pembentukan rongga  ( porous )  komposit  Ti/HA  pada proses MIM. Secara garis besar, penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh sistem binder yang berbasis PEG dan  PW,  serta  parameter  proses  sintering terhadap  pembentukan  porous.  Parameter yang  dibahas  berdasarkan  aspek  pengaruh sintering  terhadap  porositas,  ukuran  serta struktur  rongga,  dan  kekuatan  kompresi. Hasil  penelitian  tersebut  menunjukkan
bahwa  system  binder  berbasis  PEG  yang menggunakan  NaCl  sebagai space  holder cocok  digunakan  pada  aplikasi  MIM. Parameter yang paling optimum pada studi tersebut  untuk  proses solvent  debinding adalah dengan suhu 60°C dan waktu tahan 5  jam,  di  mana  pada  variabel  tersebut hampir keseluruhan binder PEG dan space holder NaCl  dari green  part berhasil dihilangkan  tanpa  membuat  kerusakan pada green  part .  Selain  itu, thermal debinding dilakukan pada suhu 500°C dan laju  pemanasan  3C/menit  selama  1  jam. Sedangkan  untuk  proses  sintering  yang paling  optimum  terjadi  pada  suhu  1300°C dengan  laju  pemanasan  10°C/menit  dan wajtu  tahan  selama  5  jam.  Hasil  yang diperoleh  menunjukkan  porositas  sebesar 55% dengan kekuatan kompresi 370 MPa.
A.T. Sidambe dkk. (2013) [14] melakukan studi  mengenai  uji  tidak  merusak  untuk aplikasi MIM Ti6Al4V dengan menggunakan metode Process
Compensated  Resonance  Testing (PCRT), dan  mempelajari  apakah  hasil  dari  uji tersebut  dapat  berhubungan  dengan  sifat mekanis  dari  produk  yang  dihasilkan. Penelitian ini menggunakan serbuk Ti6Al4V dan binder yang terdiri dari PEG, PMMA  dan  SA.  Proses  injeksi  dilakukan pada  suhu  120°C  dan  tekanan  1500  bar. Sintering dilakukan pada suhu 1250, 1300, dan 1350°C selama 1, 2, dan 3 jam, dengan laju  pemanasan  2.5,  10  dan  20°C/menit dan  menggunakan  atmosfer  argon  dengan aliran  rendah,  tinggi,  serta  vakum.  Setelah itu, sampel hasil sintering diuji menggunakan  PCRT  untuk  mengetahui apakah  metode  PCRT  cocok  digunakan sebagai uji tidak merusak sampel MIM. Uji PCRT  dilakukan  dengan  menggunakan Vibrant  NDT  (Sheffield)  pada  hasil sintering  MIM  Ti6Al4V  sesuai  dengan standar ASTM E2534. Kemampuan sistem PCRT  untuk  mendeteksi  perubahan  pada struktur  internal  dan  permukaan  titanium telah  divalidasi  menggunakan proof  stress
0,2%  dengan  pengujian  mekanis.  Dengan
demikian,  sistem  PCRT  kemudian  dilatih menggunakan  data  frekuensi  PCRT  yang diketahui  dan proof  stress 0,2%  dari  hasil uji merusak. Basis data dibangun menggunakan  korelasi  puncak  frekuensi dalam prediksi proof stress 0,2%. Hasilnya diperoleh bahwa korelasi frekuensi resonansi  dan  eksperimental proof  stress 0,2%  berkaitan  erat,  dan  diperoleh  nilai R>0,9.  Data  korelasi  juga  telah  berhasil digunakan  untuk  menunjukkan  bahwa proof  stress 0,2%  dari  paduan  titanium yang  dibuat  melalui  proses  MIM  dapat diprediksi menggunakan model statistik.

## Pembahasan
Sebagai  proses  yang  menghasilkan  bentuk dengan  tingkat  presisi  yang  tinggi, metal injection molding (MIM) memiliki tuntutan yang sangat tinggi pada keakuratan dan variabilitas dimensi. Dalam hal  ini, powder  loading pada feedstock berperan  penting  dalam  proses  MIM,  dan dua  sifat  yang  paling  penting  adalah perilaku  aliran  ( flow  behaviour )  dan viskositas. Kedua sifat ini bergantung pada karakteristik  serbuk  logam  dan powder loading yang  digunakan  untuk  formulasi feedstock [15]. Di satu sisi, powder loading harus  memiliki  nilai  setinggi  mungkin untuk meminimalkan terjadinya penyusutan  selama  proses  debinding  dan sintering.  Namun  di  sisi  lain,  jika  nilainya lebih  tinggi  dari critical  powder  loading , maka  dapat  mengakibatkan  peningkatan keausan dan ketidakstabilan proses. Powder  loading yang  terlalu  tinggi  atau terlalu  rendah  dapat  menimbulkan  cacat berupa  munculnya  lapisan  tipis  binder yang  mengalir  pada  produk  hasil  injeksi ( flashing ), keretakan ( cracking ), terjadinya penyusutan  ( shrinkage ),  serta  memiliki efek  yang  merugikan  pada  presisi  dimensi dan variabilitas  komponen cetakan injeksi. Banyak penelitian terdahulu yang menyatakan  bahwa powder  loading yang optimal dapat mengurangi risiko terjadinya cacat selama proses MIM berlangsung.
Dalam  proses  MIM,  pengisian  cetakan oleh feedstock tergantung  pada  aliran feedstock ke dalam rongga cetakan, dan hal tersebut membutuhkan analisis sifat reologi  khusus.  Sifat  yang  paling  penting adalah  viskositas,  karena  sangat  sensitif terhadap  suhu  dan  laju  geser  ( shear  rate ). Ketika  laju  geser  meningkat,  viskositas menurun, yang berpengaruh saat pembentukan  bentuk  pada  proses  injeksi. Untuk cairan dengan berat molekul rendah seperti air, viskositas tidak tergantung pada laju  geser,  suhu  dan  tekanan  tertentu  [16]. Cairan  tersebut  dikenal  sebagai  fluida Newtonian. Namun, konsep aliran
Newtonian  tersebut  tidak  berlaku  untuk feedstock MIM.  Kebanyakan  polimer menunjukkan  perilaku  yang  kompleks,  di mana viskositas tergantung pada laju geser serta  pada  tekanan  dan  suhu  tertentu. Fluida  seperti  ini  disebut  sebagai  fluida non-Newtonian. Dalam jenis cairan tersebut,  viskositas  meningkat  (perilaku dilatant ) atau menurun (perilaku pseudoplastik)  dengan  meningkatnya  laju geser; sedangkan, beberapa fluida menunjukkan  titik  tegangan  luluh  yang harus dilampaui untuk memulai aliran.
Berdasarkan  ketiga  data  yang  membahas tentang  sifat  rheologi feedstock paduan Ti6Al4V pada proses MIM yang dilakukan oleh  Wang  dkk  [9],  Thavanayagam    dkk [10], dan Dongguo Lin dkk [12], ketiganya menunjukkan  hasil  yang  serupa  di  mana viskositas  mengalami  penurunan  seiring dengan  meningkatnya  laju  geser  ( shear rate ), hal tersebut mengindikasikan fenomena aliran pseudoplastik non-
Newtonian.  Persamaan  yang  berlaku  pada fenomena ini adalah:
(  ) (1)
Di mana τ adalah tegangan geser, adalah laju geser, k adalah konstanta dan n adalah eksponen aliran (<1).
Nilai n mengindikasikan  derajat  sensitivitas  geser. Semakin  rendah  nilai n ,  makan  viskositas feedstock akan  semakin  cepat  berubah
Vol. 6 No. 1 Agustus 2021
mengikuti  laju  gesernya.  Karena feedstock MIM  bekerja  di  bawah  pengaruh  tekanan dan  suhu,  maka  diharapkan  viskositas feedstock dapat  menurun  seiring  dengan meningkatnya laju geser saat proses injeksi terjadi.
Gambar 3. Korelasi Antara Powder Loading dan Destitas Feedstock (n=5 ) [7].
Gambar  3  merupakan  prediksi  korelasi aktual  antara powder  loading dan  densitas feedstock .  Terlihat  densitas feedstock yang aktual  dan  teoritis  untuk powder  loading berada  pada  40-65  vol%  kemudian mengalami  penurunan,  sehingga  68  vol% digunakan sebagai critical powder loading (CPL).  Densitas  aktual  pada powder loading 80  vol%  hanya  sekitar  39%  dari nilai  teoritisnya,  karena  jumlah  volume binder  menurun  dengan  meningkatnya powder  loading .  Jika powder  loading -nya rendah  karena  kelebihan  binder  dalam feedstock ,  maka  binder  dapat  terpisah  saat proses injeksi terjadi. Hal tersebut menyebabkan part hasil  injeksi  yang heterogen  mengalami  penyusutan  selama proses debinding dan  sintering.  Pada  titik CPL,  partikel  serbuk  terikat  dengan  rapat, sehingga  diperlukan  sedikit  binder  untuk membentuk  lapisan  di  sekitar  serbuk  yang mengisi  ruang  antar  partikelnya.  Jika powder  loading ditingkatkan  lebih  lanjut, binder  dapat  mengisi  ruang  antara  partikel serbuk,  sehingga  terjadi  rongga  dan densitas  aktual  menyimpang  dari  densitas teoritis. Feedstock dengan  CPL  memiliki viskositas  tinggi  (fluiditas  rendah)  akan
sulit  untuk  diinjeksi.  Idealnya, powder loading yang  optimal  berada  pada  2-5 vol% di bawah nilai CPL.
Selain powder  loading ,  sistem binder juga memiliki  pengaruh  pada  proses  MIM. Sistem binder berfungsi  untuk  mengontrol perubahan bentuk pada setiap proses MIM, dan mengikat partikel serbuk logam hingga awal  tahapan  proses  sintering.  Untuk mencapai  kodisi  tersebut,  sistem  binder biasanya  memiliki  tiga  komponen,  yaitu komponen  dengan  berat  molekul  rendah untuk  memberikan  kemampuan  mengalir yang  diperlukan  selama  injeksi,  polimer penyangga  untuk  mempertahankan  bentuk green  parts ,  dan  surfaktan  yang  bertindak sebagai jembatan antara binder dan partikel bubuk  [15].  Idealnya  binder  harus  mudah dihilangkan  pada  laju  tertentu  tanpa menimbulkan  cacat  pada  produk  hasil injeksi. Green  parts merupakan  bagian yang  paling  rentan  mengalami  cacat selama  awal  proses debinding .  Kekuatan polimer penyangga  yang kurang baik akan menyebabkan  retensi  bentuk  yang  buruk selama tahap awal debinding .

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  studi  literatur  yang  telah dilakukan  tentang  pengembangan  proses metal  injection  molding (MIM)  paduan Ti6Al4V,  dapat  disimpulkan  bahwa  selain powder  loading ,  sistem  binder  juga memiliki  pengaruh  pada feedstock yang digunakan  pada  proses  MIM. Powder loading akan  mempengaruhi  densitas  dan viskositas feedstock .  Sedangkan  sistem binder  akan  mempengaruhi  sifat  rheologi serta sifat mekanis pada hasil akhir produk MIM.  Selain  itu,  uji  menggunakan  PCRT dapat dilakukan sebagai alternatif pengujian  tidak  merusak  pada  produk MIM.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B. P. Statistik, “Statistik Transportasi Darat,” 2018.
[2] B.  P.  Statistik,  “Data  Kecelakaan Lalu  Lintas,”  2017.  [Online]. Available:
https://www.bps.go.id/linkTableDin
amis/view/id/1134.  [Accessed:  18- Dec-2019].
[3] A.  Desiartama  and  I.  W.  Aryana, “Gambaran  Karakteristik  Pasien Fraktur  Femur  Akibat  Kecelakaan
Lalu  Lintas  Pada  Orang  Dewasa  Di
Rumah  Sakit  Umum  Pusat  Sanglah Denpasar  Tahun  2013,” E-Jurnal Med. , vol. 6, no. 5, pp. 1–4, 2017.
[4] L. I. P. Indonesia, “Padukan Logam Gantikan  Tulang,”  2018.  [Online]. Available:
http://lipi.go.id/lipimedia/Padukan-
Logam-Gantikan-Tulang/19869. [Accessed: 18-Dec-2019].
[5] A. T. Sidambe, “Biocompatibility of advanced  manufactured  titanium implants-A review,”
Materials (Basel). ,  vol.  7,  no.  12,  pp.  8168–
8188, 2014.
[6] A. Dehghan-Manshadi, M. J. Bermingham, M. S. Dargusch, D. H.
StJohn,  and  M.  Qian,  “Metal
injection  moulding  of  titanium  and titanium  alloys:  Challenges  and recent development,”
Powder Technol. ,  vol.  319,  no.  December 2018, pp. 289–301, 2017.
[7] G.  Thavanayagam  and  J.  E.  Swan, “Optimizing  hydride-dehydride  Ti-
6Al-4V  feedstock  composition  for titanium powder injection moulding,” Powder  Technol. ,  vol. 355, pp. 688–699, 2019.
[8] M. Gusenbauer and N. R. Haddaway, “Which academic search systems  are  suitable  for  systematic reviews or meta-analyses? Evaluating  retrieval  qualities  of
Google  Scholar,  PubMed,  and  26 other resources,” Res. Synth.
Methods ,  vol.  11,  no.  2,  pp.  181– 217, 2020. [9] J.  H.  Wang,  Q.  N.  Shi,  C.  L.  Wu, and J. Xi, “Rheological
characteristics  of  injection  molded titanium  alloys  powder,” Trans.
Nonferrous Met. Soc. China (English  Ed. ,  vol.  23,  no.  9,  pp. 2605–2610, 2013.
[10]  G.  Thavanayagam,  K.  L.  Pickering, J. E. Swan, and P. Cao, “Analysis of rheological  behaviour  of  titanium feedstocks  formulated with a water- soluble  binder  system  for  powder injection moulding,” Powder
Technol. ,  vol.  269,  pp.  227–232,
2015.
[11]  G.  Thavanayagam  and  J.  E.  Swan, “Aqueous  debinding  of  polyvinyl butyral  based  binder  system  for titanium  metal  injection  moulding,”
Powder Technol. , vol. 326, pp. 402– 410, 2018.
[12]  D.  Lin et  al. ,  “Rheological  and thermal  debinding  properties  of blended elemental Ti-6Al-4V powder injection molding
feedstock,” Powder  Technol. ,  vol.
311, pp. 357–363, 2017.
[13]  M. R. Raza et al. , “Effects of binder system  and  processing  parameters on  formability  of  porous  Ti/HA composite  through  powder  injection molding,” Mater.  Des. ,  vol.  87,  pp. 386–392, 2015.
[14]  A. T. Sidambe, W. L. Choong, H. G. C. Hamilton, and I. Todd,
“Correlation  of  metal  injection moulded  Ti6Al4V  yield  strength with  resonance  frequency  (PCRT) measurements,” Mater.  Sci.  Eng.  A , vol. 568, pp. 220–227, 2013.
[15]  P.  Cao  and  M.  D.  Hayat, Feedstock Technology  for  Reactive  Metal Injection Molding . Elsevier, 2020.
[16]  D.  F.  Heaney, Handbook  of  Metal Injection Molding . 2012.