## REVIEW : RAPID PROTOTYPING TECHNOLOGY UNTUK APLIKASI PEMBUATAN IMPLAN TULANG DAN GIGI
Dini Cahyandari 1

## ABSTRAK
Saat ini material implan tulang dan gigi masih didominasi oleh produk impor. Selain merupakan  belanja  yang  membutuhkan  devisa,  produk  impor  juga  mempunyai spesifikasi dimensi yang tidak sesuai dengan profil orang indonesia. Dengan teknologi rapid  prototyping dapat  menghasilkan  dimensi  implan  tulang  dan  gigi  yang  sesuai dengan  profil  orang  indonesia  dan  dapat  menurunkan  ongkos  produksi  karena  dapat diproduksi  oleh  anak  bangsa  sendiri.Rapid  Prototyping  adalah  teknologi  yang digunakan membuat model tiga dimensi dari computer-aided design (CAD), awalnya di  bangun  lapisan  demi  lapisan  tergantung  input  3  Dimensinya.  Rapid  prototyping disebut juga dengan pembuatan dengan bentuk padat, manufaktur lapisan.
Kata  Kunci :  Rapid  Prototyping ,  Implan  Tulang  Dan  Gigi,  FDM  ( Fused  Depotision Methode )

## PENDAHULUAN
Berdasarkan data kementerian Kesehatan  tahun 2012, belanja total alat kesehatan mencapai  kurang  lebih  Rp.  7  Trilliun,  baru  sekitar  4  %  diantaranya  dipenuhi  industri manufaktur  lokal.  Selain  itu  potensi  pasar  alat  kesehatan  di  Indonesia  cukup  besar  yaitu mencapai 6% dari PDB. Sehingga diharapkan dengan produksi mandiri Alat kesehatan akan dapat berdampak besar bagi pemanfatan sumber daya lokal, pengaplikasian hasil penelitian di Perguruan  Tinggi  serta  dapat  menyerap  tenaga  kerja.  Produksi  alat  kesehatan  diharapkan dapat  meningkatkan  kemandirian  bangsa  dan  merupakan  substitusi  alat  kesehatan  impor (lifestyle.bisnis.com).
Pada  saat  ini  material  implan  tulang  dan  gigi  masih  didominasi  oleh  produk impor. Selain merupakan belanja yang membutuhkan devisa, produk impor juga mempunyai spesifikasi dimensi yang tidak sesuai dengan profil orang indonesia. Dengan teknologi rapid prototyping dapat  menghasilkan  dimensi  implan  tulang  dan  gigi  yang  sesuai  dengan  profil orang indonesia dan dapat  menurunkan ongkos produksi  karena dapat  diproduksi  oleh anak bangsa sendiri.
1 Dosen Prodi S1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
Rapid Prototyping adalah teknologi yang digunakan membuat model tiga dimensi dari computer-aided design (CAD), awalnya di bangun lapisan demi lapisan tergantung input 3  Dimensinya  (Laoui,  2003).  Rapid  disebut  juga  dengan  pembuatan  dengan  bentuk  padat, manufaktur  lapisan.  Perkembangan  teknik  ini  di  dunia  medis  telah  menyumbangkan kemungkinan kesesuaian dengan tiga langkah berikut :
1. Gambar medis (data akuisisi)
2. Proses gambar (penyusunan dan rekonstruksi gambar dengan software)

## 3. Rapid Prototyping
Langkah ini di sajikan pada gambar 1.
Gambar 1. Rapid prototyping di bidang medis, dari kiri ke kanan : data akuisisi (pada kasus ini menggunakan magnetic resonance (MR) imaging), proses gambar dengan software  yang sesuai (dalam kasus ini menggunakan Mimic,  Materialise, Leuven,Belgium) dan model 3 D akhir di cetak menggunakan resin transparan (contoh implan yang di buat adalah busur aorta pasien anak) (Biglino G, 2010).
Aplikasi teknologi rapid prototyping adalah :
1. Perencanaan Pra-bedah
2. Replika mekanika
3. Alat peraga pendidikan
4. Implan standar
5. Microelectromechanical systems (MEMS)
6. Forensik

## Akuisisi gambar dan data Anatomi
Input  klinik  untuk  rapid  prototyping  direpresentasi  dari  informasi  data  dari  data gambar. Umumnya Magnetic Resonance (MR) imaging dan Computerized tomography (CT) imaging  digunakan  untuk  tujuan  ini.  Sumber  data  lainnya  dapat  diperoleh  dari  laser permukan digital, ultra sound dan mammography. Output dari proses akuisisi data dan input dari  rapid  prototyping  mengikuti  proses  yang  dianjurkan  yaitu  gambar  DICOM  ( Digital Imaging  and  Communications  in  Medicine )  yang  merupakan  keluaran  dari  gambar profesional  medis  termasuk endoscopy,  mammography,  ophthalmology,  orthopaedics, pathology dan gambar dari bidang kedokteran hewan.
Berikut adalah akuisisi data yang digunakan pada teknologi rapid prototyping :

## 1. Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MRI  adalah  teknik  menggambar  berdasarkan  deteksi  katakteristik  jaringan  yang  berbeda dengan  variasi  jumlah  dan  frekwensi  arus  radio,  sangat  berguna  untuk  sifat  jaringan  yang berbeda. MRI mempunyai fungsi yang krusial dalam tidak pengemisi radiasi X-ray. Sebagai gantinya  scanner  MRI  memberikan  bidang  magnetik  yang  kuat  yang  menyebabkan  proton bergerak sejajar atau tidak sejajar.

## 2. Computerized tomography
Jaringan keras dan struktur tulang yang menangkap MRI sedikit, dapat di tangkap gambarnya dengan Computerized  tomography (CT).  Teknik  radiografi  ini  menggunakan  sinar  X  untuk menscan  jaringan  tubuh  dari  arah  yang  berbeda.  Absorbsi  dari  jaringan  yang  berbeda  di hitung  dan  di  display  berdasarkan  luas  daerah  abu-abu.  Resolusi  data  CT  dapat  meningkat seiring penurunan ketebalan lapisan dan menghasilkan lebih banyak lapisan sepanjang daerah yang discan.

## 3. Metode yang lain
Laser  permukaan  digital  adalah  teknik  yang  mengijinkan  akuisisi  data  eksternal  sementara MRI  dan  CT  memperbandingkan  data  internal  dan  eksternal  sehingga  mengurangi  proses scanning dan ukuran file. Teknologi ini berdasarkan laser probe emitting a diode-based laser beam yang membentuk profil pada permukaan anatomi yang digambar. Masing-masing profil dikumpulkan  dari  polyline  dan  kombinasi  profil  menghasilkan  volume  3  dimensi. Keuntungan  dari  metode  ini  adalah  tidak  adanya  radiasi  emisi.  Kasus  yang  sudah  ditangani
dengan  metode  ini  adalah  pembuatan  model  implan  telinga  (Ching  and  C.  &.  M.  C.  Kai, 1998).  Ultrasound  3D  juga  telah  digunakan  sebagai  input  untuk  aplikasi rapid  prototyping , kasus yang menggunakan metode ini adalah pemodelan foetal (H. Werner, R. Fontes and S. &. S. J. Campbell, 2009).

## Fabrikasi Model
Metode  yang  digunakan  untuk  pembuatan  model  fisik  dengan  rapid  prototyping secara garis besar dibagi menjadi dua jenis  yaitu additive dan substractive. Metode additive adalah  menambahkan  material  ke  substrate.  Sedangkan  proses  substractive  melibatkan permesinan dengan spindel kecepatan tinggi. Dalam hal aplikasi medis metode additive lebih banyak digunakan karena dapat menghasilkan bentuk yang kompleks.
Teknologi rapid  prototyping menggunakan  beberapa  metode,  diantaranya  adalah Stereolithography  (SLA),  inkjet-based  system(3D  printing  -  3DP),  selective  laser  sintering (SLS) and fuseddeposition modeling (FDM).
Stereolithography (SLA)  adalah  produksi  model  3  dimensi  dengan  menggunakan resin yang sensitif terhadap cahaya, dalam hal ini adalah cahaya untraviolet (R. D. V. N. V. Madhav, 2013).  Gambar 1. Adalah skema metode SLA.
Gambar 2. Diagram skema prosedur Stereolithography (SLA)
Metode  SLA  ini  diapliaksikan  untuk  rekonstrusi  bedah  dan  sub  bedah  implan  gigi. Selain  itu  juga  sering  digunakan  untuk  pembuatan  template  pada  pemasangan  implan  gigi tambahan.  SLA  mempunyai  keakuratan  yang  tinggi  sehingga  dilaporkan  pada  beberapa penelitian  telah  berhasil  digunakan  sebagai  pemandu  pada  pembedahan.  Selain  itu,  seiring dengan  perkembangan  resin  berwarna  maka  metode  SLA  diaplikasikan  untuk  membuat struktur  anatomi  tubuh  yang  jelas.  Kelebihan  dari  metode  SLA  adalah  keakuratan  yang tinggi,  kekuatan  mekanik  yang  tinggi  dan  permukaan  hasil  yang  halus.  Namun  kelemahan
dari  metode  ini  adalah  dibutuhkan  proses  curing,  harga  bahan  baku  yang  relatif  mahal  dan peralatan yang mahal.
Selective  Laser  Sintering  (SLS) adalah  proses  penyatuan  lapisan  dengan  material khusus ke bentuk 3 dimensi :dengan komputer yang dipandu oleh laser. Serbuk thermoplastik di  sebar  dengan  roller  ke  seluruh  permukaan  yang  akan  di  bangun.  Piston  pada  silinder bergerak  turun  satu  obyek  lapisan  untuk  mengakomodasi  lapisan  baru  dari  serbuk.  Sistem delivery serbuk sama  fungsinya dengan silinder  yang dibangun. Disini  piston bergerak naik secara incremental untuk mensuplai jumlah serbuk pad amasing-masing lapisan. Batang laser kemudian bergerak melintasi permukaan serbuk untuk melelehkandan mengikat antar lapisan. Chamber fabrikasi dijaga pada temperatur tepat dibawah temperatur leleh material, sehingga panas  dari  laser  hanya  dibutuhkan  untuk  meningkatkan  temperatur  untuk  menghsilkan sintering.  Hal  ini  dapat  meningkatkan  proses.  Proses  di  ulang-ulang  sampai  seluruh  obyek dihasilkan.  Setelah  obyek  berhasil  di  buat  selanjutnya  piston  keatas  untuk  mengangkat produk.  Kelebihan  serbuk  dibersihkan  dengan  sikat  dan  terakhir  adalah  finishing  manual dengan  mengngkat  dari  chamber.  Tidak  dibutuhkan  penyangga  pada  metode  ini,  overhangs dan  undercut  disangga  oleh  bed  serbuk  padat.  SLS  menawarkan  kelebihan  dari  proses pembuatan  material  final.  Bagaimanapun,  sistem  secara  mekanika  lebih  komplek  dibanding metode yang lain.
Rentang  material  thermoplastik  seperti  komposit  nilon,  lilin  invesment  casting, material  logam,  keramik  dan  komposit  thermoplastik  dapat  digunakan  pada  mesin  SLS adalah keuntungan besar terutama di bidang kesehatan gigi. Kemampuan teknologi ini untuk membangun removable partial denture (RPD) framework telah diteliti (C. K. D. D. S. H. Jeng JY,  2000).  Material  yang  digunakan  adalah  serbuk  spherical  kobalt-krom  dengan  ukuran prtikel maksimum 0,045 mm ( rentang ukuran partikel adalah 0.005-0.045 mm) dan rata-rata ukuran  partikel  adalah  0.030  mm,  berhasil  memroduksi  framework  dari  bahan  cobalt-krom yang  bagus.  Kemunginan  preheat  pada  mesin  SLS  di  bawah  temperatur  leleh  dengan  laser dimaksudkan  untuk  mempercepat  produksi  dan  mengurangi  distorsi  thermal  dan memfasilitasi penggabungan lapisan berikutnya.
Fused Deposition Modeling (FDM), adalah metode rapid prototyping terbesar kedua yang  sering  digunakan  setelah  SLA.  Filament  plastik  atu  lilin  di  lepaskan  dari  lilitan  dan mensuplai  ke  nozel  ekstrusi.  Nozel  dipanaskan  untuk  melehlehkan  plastik  dan  mempunyai mekanisme yang menyebabkan plastik yang meleleh mengalir menyala dan berhenti. Nosel di
rancang  daat  bergerak  arah  vertikal  dan  horisontal.  Sementara  nozel  bergerak  diatas  meja dalam  goemetri  yang  diinginkan,  alat  mendepositkan  lapisan  tipis  plastik  atau  liin  yang diekstrusi. Plastik atau lilin mengeras secepat setelah dilepas dari nozel dan mengikat lapisan sebelumnya. Sistem dijaga pada temperatur tepat dibawah temperatur leleh bahan palstik atau lilin yang digunakan.
Inkjet ( thermal Phase Change ), prinsip kerja metode ini adalah hampir sama dengan printer 2D konvensional. Mesin ini menggunakan single jet untuk tiap plastik material, yang ditahan pada penampung dalam keadaan cair. Cairan diumpankan ke head jet individu  yang berukuran sangat kecil dan bergerak di sumbu X-Y sesuai bentuk yang akan dibuat. Material mengeras  oleh  penurunan  temperatur  begitu  setelah  dijatuhkan.  Setelah  semua  lapisan terbentuk  oleh  jet,  head  milling  melewati  lapisan  untuk  membuat  lapisan  dengan  ketebalan seragam.  Partikel  kemudian  di  vakum  setelah  milling  head  memotong  dan  ditangkap filter.proses  kemudian  diulang  untuk  menghasilkan  obyek.  Setelah  obyek  komplit  terbentuk material  lilin  penyangga  dilelehkan  atau  dilarutkan.  Karakteristik  yang  unggul  dari  metode inkjet 3D ini adalah dapat menghasilkan produksi dengan resolusi dan permukaan hasil yang halus  sama  dengan  hasil  mesin  CNC.  Teknik  ini  sangat  lambat  untuk  menghasilkan  obyek yang besar.

## Aplikasi Rapid prototyping di bidang Orthopedic : fabrikasi implan tulang spesifik
Orthopedic  adalah  bidang  terbesar  yang  mengaplikasikan  rapid  prototyping  ini. Beberapa  aplikasi  dibidang  ortopedi  diantaranya  konstruksi  model  anatomi  dalam mempresentasikan  luka  bahu  yang  kompleks.  Template  spesifik  untuk  arthroplasty  pada tulang  sendi  lutut.  Produksi  scaffold  titanium  berongga  untuk  design  implan  ortopedik. Fabrikasi pedoman bedah insersi cup pada artrhoplasty sendi. Dan masih banyak lagi metode rapid prototying ini di aplikasikan dibidang ortopedi.

## KESIMPULAN
Kesimpulan dari tulisan diatas adalah  rapid  prototyping sudah luas diaplikasikan di dunia  kesehatan.  Sebagai  catatan  bahwa  rapid  prototyping  sangat  aplikatif  sehingga  setiap orang  dapat  memanfaatkan  kelebihan  dari  rapid  prototyping  ini.  Secara  klinic,  rapid prototyping  ini  menyuguhkan  kelengkapan  yang  flexibel  dari  diagnostik  sampai  design
prostesa.  Hal  ini  dapat  dibayangkan  bahwa  rapid  prototyping,  akan  berkembang  untuk aplikasi di bidang medis.

## DAFTAR PUSTAKA
"http://lifestyle.bisnis.com/read/20160418/106/539162/bppt-ciptakan-implan-tulang- berkonten-lokal," [Online].
T. &. S. S. Laoui, "Rapid prototyping techniques used to produce medical models/implants," in Proceedings of the 4th national conference on rapid and virtual , uckinghamshire Chilterns University College, UK,, 2003.
S. S. a. A. M. T. Giovanni Biglino, "The Use of Rapid Prototyping in Clinical Applications," Advanced Applications of Rapid Prototyping Technology in Modern Engineering, pp. 21-40, 2010.
L. Ching and C. &. M. C. Kai, "A novel technique for fabricating facial prosthetic," in Proceedings of the 20th annual International Conference of the IEEE Engineering in medicine and boilogy society , Hong Kong SAR, 1998.
H. Werner, R. Fontes and S. &. S. J. Campbell, "Innovative developments in design and manufacturing: advanced research in virtual and rapid," in Proceeding of VR@P4 , Leiria, Portugal, 2009.
R. D. V. N. V. Madhav, "Rapid Prototyping and its Application in Dentistry," Journal of Dental & Allied Sciences, pp. 57-61, 2013.
C. K. D. D. S. H. Jeng JY, "Tooth crown fabrication using reverse engineering technology and model maker rapid prototyping," Rapid Prototyp. Jr, pp. 136-145, 2000.
__________________________
PENULIS:

## Dr. DINI CAHYANDARI.ST,MT
Dosen Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
e-mail : dini@unimus.ac.id