Pengaruh Material Elektroda Grafit dan Tembaga terhadap Material Removal Rate (MRR),
Electrode Wear Rate (EWR) dan Kekerasan dalam Pembuatan Implan Rahang
Menggunakan Dise-sinking EDM
Yani Kurniawan 1* , Syauqi Fardhu Tiyastianto 1 , Alif Rivansyah 1 , Praktik Suko Pangarsono 2 , Hendri Sukma 1 , Bambang Sulaksono 1
1 Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Jakarta
2 Program Studi Magister Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Jakarta

## ABSTRAK
Implant  rahang  jenis  straight  plate  memiliki  tingkat  kebutuhan  yang  tinggi  di  indonesia.  Saat  ini  proses pembuatan implan rahang menggunakan dua proses pemesinan, yaitu Electrical Discharge Machining jenis wire ( wire -EDM) dan micro-milling . Dalam penelitian ini pembuatan implan rahang menggunakan satu proses pemesinan yaitu EDM jenis die-sinking ( die-sinking EDM). Tujuan utama penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh  jenis  material  elektroda  yaitu  grafit  dan  tembaga  terhadap Material  Removal  Rate (MRR)  dan Electrode Wear Rate (EWR) dalam pembuatan implan rahang menggunakan proses die-sinking EDM. Proses die-sinking EDM menggunakan pulse current sebesar 9A dan sebagai material implan digunakan lembaran pure titaniuam grade 1. Hasil penelitian menunjukan bahwa penggunaan material elektroda grafit meningkatkan nilai MRR  sebesar  76,92%  dan  menurunkan  50,48%  nilai  EWR  dibandingkan  penggunaan  elektroda  tembaga. Namun,  pengunaan  material  elektroda  grafit  menyebabkan  nilai  kekerasan  implan  yang  lebih  lunak dibandingkan  pengunaan  material  elektroda  tembaga.  Hasil  ini  menunjukan  bahwa die-sinking EDM  dapat dijadikan alternatif proses untuk pembuatan implan rahang jenis straight plate .
Kata kunci : die-sinking EDM; EDM; EWR; Implan Rahang; Kekerasan; MRR

## ABSTRACT
Straight plate jaw implants have a high level of demand in Indonesia. Currently, making jaw implants uses two machining processes: Electrical Discharge Machining (wire-EDM) and micro-milling. In this study, the manufacture of jaw implants used one machining process, namely the die-sinking EDM. The main objective of this study was to investigate the effect of graphite and copper electrode materials on the Material Removal Rate (MRR) and Electrode Wear Rate (EWR) in the manufacture of jaw implants using the die-sinking EDM. The EDM process used a pulse current of 9A and a pure titanium grade 1 sheet  as  implant  material.  The  results  showed  that  graphite  electrode  material  enhanced  the  MRR values  by  76.92%  and  suppressed  50.48%  of  the  EWR  compared  to  the  copper  electrode  material. However, the use of graphite electrode material caused a softer implant hardness value than the copper electrode material. These results indicated that EDM die-sinking could be an alternative process for making straight plate type jaw implants.
Keywords : die-sinking EDM; EDM; EWR; Hardness; Jaw Implant; MRR.

## PENDAHULUAN
Implan adalah suatu peralatan medis yang dibuat untuk menggantikan struktur dan fungsi suatu bagian biologis (Yoshida, et al. 2014). Implan berguna untuk menopang agar mempercepat proses penyembuhan,
* Penulis korespondensi Email: yani.kurniawan@univpancasila.ac.id
Diterima 23 Juli 2022; Disetujui 28 Juli 2022
AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 2022
memicu pembentukan jaringan, dan untuk mendapatkan bentuk asli dari berbagai tulang. Jenis- jenis  implan  yang  banyak  digunakan  diantaranya implan kaki, tangan, dan mulut (rahang). Salah satu implan rahang yang banyak digunakan adalah implan
Volume 8 Nomor 2 September 2022 pp 104-109 Website: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index
rahang  jenis  straight  plate.  Implan  rahang  jenis straight  plate  rahang  ini  digunakan  untuk menyambung  tulang  rahang  yang  retak  atau  patah, atau bisa juga digunakan untuk kecantikan.
Implan  rahang  jenis straight  plate yang  ada dipasaran  umumnya  terbuat  dari  material  titanium murni  atau  titanium alloy (Oshida,  T.-B.  and  M. 2013). Jenis material ini banyak digunakana  karena paduannya  memiliki  banyak  sifat  yang  menarik, termasuk  kekuatan  spesifik  yang  tinggi,  ketahanan korosi  yang  sangat  baik  dan  sifat  kriogenik.  Hasil pengamatan  sisi  potong  pada  implan  rahang  jenis straight  plate  yang  ada  memperlihatkan  proses pembuatannya menggunakan wire -EDM dan micro- milling .  Proses  pembuatan  implan  rahang  jenis straight plate yang ada terlihat kurang efektif karena proses  pembuatannya  menggunakan  2  mesin  yang berbeda.  Padahal  jika  dilihat  dari  bentuk  implan rahang  jenis straight  plate ini  maka  dapat menggunakan  satu  jenis  mesin  yaitu die-sinking EDM. Die-sinking EDM  memiliki  kelebihan dibandingkan micro-milling ,  diantarnya:  akurasi produk  yang  lebih  baik  dan  tingkat  keausan  pahat yang lebih rendah. Sedangkan kelebihan die-sinking EDM  dibandingkan wire -EDM  adalah  dapat membuat produk dengan bentuk komplek yang lebih cepat dan dapat membuat lubang tidak tembus.
Dari  beberapa  penilitian  yang  telah  dilakukan terlihat  pengaruh  parameter  telah  dilakukan  pada material paduan titanium (Perumal, et al. 2019) dan titanium murni (Rouniyar and Shandilya 2018) Pada material titanium murni penelitian dilakuakn dengan bentuk  benda  kerjanya  berbentuk  silinder  dan menggunakan  satu  jenis  material  elektroda  (B.  H. Yan 2005). Sehingga untuk menentukkan parameter proses  yang  optimum  dalam  pembuatan  implan rahang  jenis straight  plate sulit  dilakukan.  Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk menentukkan  parameter  proses  khususnya  jenis material elektroda yang tepat untuk membuat implan rahang jenis straight plate.

## METODE PENELITIAN
Material yang digunakan adalah titanium murni dengan ketebalan 0,4 mm, sedangkan untuk material elektroda  menggunakan  grafit  dan  tembaga.  Proses EDM menggunakan mesin die-sinking EDM dengan tipe JOEMARS AZ50. Arus yang digunakan adalah 9A.
Setelah  melakukan  proses  EDM  dilakukan analisis  dan  pengujian.  Analisis  berupa  pengaruh material  elektroda  terhadap  MRR,  EWR,  dan ditambah  pengujian  kekerasan  untuk  mendapatkan
nilai kekerasan implan rahang yang dihasilkan. MMR dihitung menggunakan persamaan 1 [10]. W st adalah berat benda kerja sebelum proses pemesinan (gram). W fin adalah  berat  benda  kerja  sesudah  proses pemesinan (gram). t adalah waktu pemesinan (menit). ρ w adalah massa jenis benda kerja (gram/mm 3 ). EWR dihitung menggunakan persamaan 2 [10]. El st adalah berat  elektroda  sebelum  proses  pemesinan  (gram). El fin adalah berat elektroda sesudah proses pemesinan (gram).  Berat  benda  kerja  sebelum  dan  sesudah proses pemesinan diukur menggunakan digital mini scale 20gram/0.001gram (TN-series, China), sedangkan  berat  elektroda  sebelum  dan  sesudah proses  pemesinan  diukur  menggunakan  timbangan NANKAI 10000gram/1gram (SF 400, China).
𝑀𝑅𝑅 = 𝑊 𝑠𝑡 − 𝑊 𝑓𝑖𝑛 𝑡 𝑥 1 𝜌 𝑤 (1)
𝐸𝑊𝑅 = 𝐸𝑙 𝑠𝑡 − 𝐸𝑙 𝑓𝑖𝑛 𝑊 𝑠𝑡 − 𝑊 𝑓𝑖𝑛 (2)
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  jarak 50µm dengan 10 titik uji dan dengan beban 100 gf. Pengujian kekrasan menggunakan mesin microhardness  tester  (FM-310).  Bagian  pengujian kekerasan dilakukan di sisi lurus, sisi radius luar dan sisi radius dalam seperti terlihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Bagian pengujian kekerasan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  proses  EDM  pada  proses  pembuatan implan rahang jenis stairght plate dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3.
Gambar 2. Implan rahang hasil proses EDM menggunakan elektroda grafit
Gambar 3. Implan rahang hasil proses EDM menggunakan elektroda tembaga
Gambar 2 memperlihatkan implan rahang hasil proses EDM mennggunakan elektroda grafit dengan pulse current 9A. Dari gambar dapat terlihat bahwa produk implant sudah jadi, akan tetapi masih terdapat burr disekitar permukaan hasil potong proses EDM, itu diakibatkan karena gram atau debris hasil proses EDM tidak terbuang (mengendap).
Gambar 3 memperlihatkan implan rahang hasil proses  EDM  mennggunakan  elektroda  tembaga dengan  pulse  current  9A.  Gambar  terlihat  bahwa produk implant sudah jadi, akan tetapi masih terdapat beberapa  bagian  yang  belum  terpotong  disekitar permukaan  hasil  potong  proses  EDM.  Hal  ini disebabkan karena benda kerja melenting.
Pengaruh  material  elektroda  terhadap  MRR pada proses EDM dalam pembuatan implan rahang tersaji  pada  Gambar  4.  Hasil  perhitungan memperlihatkan  bahwa  material  elektroda  memiliki pengaruh  terhadap  MRR.  Ketika  menggunakan material  elektroda  grafit  dengan  pulse  current  9A, MRR  meningkat  76,92%  dibandingkan  dengan menggunakan  material  elektroda  tembaga  dengan pulse  current  yang  sama.  Ini  dapat  disimpulkan bahwa  perbedaan  jenis  material  elektroda  dapat meningkatkan  MRR.  Nilai  MRR  menggunakan material  elektroda  grafit  lebih  besar  dibandingkan dengan  material  elektroda  tembaga.  Perbedaan  ini dikarenakan material grafit memiliki sifat kelistrikan yang lebih baik dibandingkan material tembaga [11], [12], dimana sifat kelistrikan pada grafit sebesar 8000 µΩ cm dan sifat kelistrikan pada tembaga sebesar 1,7 µΩ cm. Hasil penelitian ini memiliki tren yang sama dengan penelitian sebelumnya [13].

## Gambar 4. Grafik Hubungan Material Elektroda Terhadap MRR
Hasil  perhitungan  EWR  pada  proses  EDM dalam  pembuatan  implan  rahang  tersaji  pada Gambar  5.  Hasil  perhitungan  memperlihatkan bahwa  material  elektroda  memiliki  pengaruh terhadap  EWR.  Ketika  menggunakan  material elektroda  tembaga  dengan  pulse  current  9A, EWR  meningkat  50 , 48%  dibandingkan  dengan menggunakan  material  elektroda  grafit  dengan pulse  current  yang  sama.  Ini  dapat  disimpulkan bahwa  jenis  material  elektroda  grafit  memiliki ketahanan  aus  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan jenis material elektroda tembaga. Hal ini disebabkan  karena  material  grafit  memiliki  titik leleh yang tinggi dibandingkan material tembaga dimana  titik  leleh  pada  material  grafit  sebesar 3650  ℃  dan  titik  leleh  pada  material  tembaga sebesar  1083  ℃  [12].  Percikan  bunga  api  yang dihasilkan  pada  proses  EDM  pada  umumnya sebesar  8000℃-12000℃  [14].  Akan  tetapi elektroda  pada  proses  EDM  dialiri  cairan dielektrik yang berfungsi juga sebagai pendingin, maka  keausan  elektroda  yang  terjadi  tergantung dari  kemampuan  elektroda  menyerap  cairan dielektrik  dan titik  leleh  material.  Dalam  hal ini material grafit mampu menyerap cairan dielektrik yang  lebih  baik  dibandingkan  material  tembaga [15],  serta  titik  leleh  material  grafit  lebih  besar dibandingkan titik leleh material tembaga. Alasan inilah  yang  menyebabkan  material  grafit memiliki  ketahanan  aus  yang  lebih  baik dibandingkan dengan material tembaga.

## Gambar 5. Grafik Hubungan Material Elektroda Terhadap EWR
Hasil  pengujian  kekerasan  implan  pada permukaan  lingkaran  luar,  dalam  dan  sisi  lurus ketika menggunakan elektroda grafit terlihat pada Tabel  1-3,  sedangkan  ketika  menggunakan elektroda tembaga terlihat pada Table 4-6. Hasil pengujian kekerasan memperlihatkan bahwa nilai rata-rata  HV  ketika  menggunakan  elektroda tembaga lebih besar dibandingkan menggunakan elektroda  grafit  pada  permukaan  lingkaran  luar, dalam dan sisi lurus. Kekerasan pada permukaan sisi  lurus  lebih  besar  dibandingkan  permukaan dalam, namun lebih kecil dibandingkan permukaan  luar.  Trend  ini  terjadi  ketika menggunakan elektroda tembaga dan grafit.
Tabel 1. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan
lingkaran luar elektroda grafit. No d1 d2 HV 1 36,56 35,89 141,30 2 36,85 34,45 145,90 3 38,56 36,49 131,70 4 37,09 35,51 140,70 5 38,32 35,56 135,90 6 36,66 36,05 140.30 7 36,66 36,05 140,30 8 37,24 37,70 127,80 9 37,58 38,07 129,60 10 38,95 36,46 130,40 Rata-rata HV 136,09 Tabel 2. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan lingkaran dalam elektroda grafit. No d1 d2 HV 1 37,32 36,00 138,00 2 38,08 38,29 127,20 3 37,98 35,47 137,50 4 37,53 36,37 135,80 5 37,21 37,43 133,20 6 37,61 37,32 132,10 7 38,27 37,36 129,70 8 40,32 39,38 116,80 9 39,23 37,92 124,60 10 37,96 34,30 142,10 Rata-rata HV 131,70
Tabel 3. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan sisi lurus elektroda grafit. No d1 d2 HV 1 37,70 35,93 136,80 2 38,05 36,81 132,40 3 39,37 38,50 122,30 4 37,02 36,27 138,10 5 37,58 36,86 133,90 6 38,03 34,25 142,00 7 36,36 35,44 143,90 8 37,28 37,43 132,90 9 39,88 39,76 117,00 10 38,67 37,11 129,20 Rata-rata HV 132,85 Tabel 4. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan lingkaran luar elektroda tembaga. No d1 d2 HV 1 34,71 32,30 165,20 2 37,87 35,43 138,10 3 38,46 35,37 136,10 4 39,51 34,27 136,30 5 37,66 33,89 144,90 6 37,95 35,19 138,70 7 37,17 34,85 143,00 8 39,16 34,86 135,40 9 38,64 33,70 141,80 10 40,48 35,47 128,60 Rata-rata HV 140,81 Tabel 5. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan lingkaran dalam elektroda tembaga. No d1 d2 HV 1 38,35 36,10 133,80 2 39,15 35,61 132,70 3 42,89 35,22 121,60 4 41,79 36,09 122,30 5 40,48 33,87 134,20 6 41,21 34,22 130,40 7 39,14 32,66 143,90 8 40,22 33,04 138,20 9 39,57 33,94 137,30 10 39,04 32,33 145,60 Rata-rata HV 134,00
Tabel 6. Uji kekerasan hasil proses EDM permukaan sisi lurus elektroda tembaga No d1 d2 HV 1 38,50 37,06 129,90 2 38,23 35,19 137,60 3 37,69 32,89 148,90 4 38,81 34,69 137,30 5 37,71 35,78 137,40 6 39,08 35,84 132,20 7 40,30 33,49 136,20 8 37,26 34,38 144,50 9 36,11 32,45 157,80 10 36,85 35,15 143,10 Rata-rata HV 140,49 Pengaruh material elektroda terhadap kekerasan permukaan pada permukaan lingkaran luar,  dalam,  dan  sisi  lurus  dapat  dilihat  pada Gambar 6-8. Gambar terlihat bahwa proses EDM dapat  menurunkan  kekerasan  material.  Pada permukaan  lingakaran  luar  kekerasan  menurun 17 , 8% dan 14 , 3% dibandingkan dengan material awal  pada  jenis  material  elektroda  grafit  dan tembaga.  Pada  permukaan  lingkaran  dalam kekerasan menurun 21 , 02% dan 19 , 33% dibandingkan  dengan  material  awal  pada  jenis material  elektroda  grafit  dan  tembaga.  Pada permukaan sisi lurus kekerasan menurun 20 , 18% dan  14 , 57%  dibandingkan  dengan  material  awal pada material elektroda grafit dan tembaga.
Gambar 6. Grafik hubungan material elektroda terhadap kekerasan permukaan lingkaran luar
Gambar 7. Grafik hubungan material elektroda terhadap kekerasan permukaan lingkaran dalam
Gambar 8. Grafik hubungan material elektroda terhadap kekerasan permukaan sisi lurus

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  telah dilakukan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  jenis material  elektroda  dapat  mempengaruhi  besarnya MRR  yang  dihasilkan,  EWR  yang  terjadi  dan kekerasan material uji. MRR yang dihasilkan ketika menggunakan  material  elektroda  grafit  lebih  besar dibandingkan  dengan  material  tembaga.  Namun, tembaga  memiliki  nilai  EWR  yang  lebih  besar dibandingkan  grafit.  Penurunan  kekerasan  yang terjadi  akibat  proses  EDM  lebih  besar  ketika menggunakan material elektroda grafit dibandingkan dengan tembaga.

## REFERENSI
Y. Yoshida, K. Kuroda, R. Ichino, N. Hayashi, N. Ogihara, and Y. Nonaka, “Development of Bioactivity  and  Pull-out  Torque  Control Technology on Ti Implant Surface and its Application for Cold Thread Rolled Bone
Screw,” Procedia  Eng. ,  vol.  81,  pp.  340– 345, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.0 03.
Y. Oshida, “2  - Materials Classification,” Y. B.
T.-B. and B. of T. M. (Second E. Oshida, Ed. Oxford: Elsevier, 2013, pp. 9–34.
A.  Perumal,  A.  Azhagurajan,  S.  Baskaran,  R. Prithivirajan, and P. Narayansamy, “Statistical  evaluation  and  performance analysis of electrical discharge machining (EDM) characteristics of hard Ti-6Al-2Sn- 4Zr-2Mo alloy,” Mater. Res. Express , vol.
6, no. 5, p. 56552, 2019, doi: 10.1088/2053-1591/ab06da.
B. Koteswararao, K. Siva Kishore Babu, D. Ravi, K.  K.  Kumar,  and  P.  Chandra  Shekar, “Investigation  of Machining  Parameter  in EDM of High Carbon Steel Alloy (EN31),”
Mater.  Today  Proc. ,  vol.  4,  no.  2,  pp. 1375–1384, 2017, doi: 10.1016/j.matpr.2017.01.159. S. Chandramouli and K. Eswaraiah, “Optimization of EDM Process parameters in  Machining  of  17-4  PH  Steel  using Taguchi  Method,” Mater.  Today  Proc. , vol.  4,  no.  2,  pp.  2040–2047,  2017,  doi: 10.1016/j.matpr.2017.02.049.
S. F. Hsieh, M. H. Lin, S. L. Chen, S. F. Ou, T. S. Huang,  and  X.  Q.  Zhou,  “Surface modification and machining of TiNi/TiNb- based  alloys  by  electrical  discharge machining,” Int.  J.  Adv. Manuf.  Technol. , vol. 86, no. 5–8, pp. 1475–1485, 2016, doi: 10.1007/s00170-015-8257-x.
A.  K.  Rouniyar  and  P.  Shandilya,  “Multi- Objective Optimization using Taguchi and Grey Relational Analysis on Machining of Ti-6Al-4V Alloy by Powder Mixed EDM Process,” Mater.  Today  Proc. ,  vol.  5,  no.
11, pp. 23779–23788, 2018, doi: 10.1016/j.matpr.2018.10.169.
B.  H.  Yan,  H.  C.  Tsai,  and  F.  Y.  Huang,  “The effect  in  EDM  of  a  dielectric  of  a  urea solution in water on modifying the surface of  titanium,” Int.  J.  Mach.  Tools  Manuf. , vol.  45,  no.  2,  pp.  194–200,  2005,  doi:
10.1016/j.ijmachtools.2004.07.006.
V. K. Meena, M. S. Azad, S. Singh, and N. Singh, “Micro-EDM multiple parameter optimization for Cp titanium,” Int. J. Adv. Manuf. Technol. , vol. 89, no. 1–4, pp. 897– 904, 2017, doi: 10.1007/s00170-016-9130-
2.
P.  Karmiris-Obratański,  E.  L.  Papazoglou,  B.
Leszczyńska-Madej,  K.  Zagórski,  and  A. P. Markopoulos, “A comprehensive study
on  processing  ti–6al–4v  eli  with  high
power  edm,” Materials  (Basel). ,  vol.  14, no. 2, pp. 1–17, 2021, doi: 10.3390/ma14020303.
S. Suresh, M. A. Jamil, S. Sulaiman, and M. R. M.  Shokor,  “Optimization  of  electrode material  for  EDM  die-sinking  of  titanium alloy grade 5 - Ti6Al4V,” Int. J. Adv. Sci. Eng. Inf. Technol. , vol. 6, no. 4, pp. 534– 539, 2016, doi: 10.18517/ijaseit.6.4.902.
T. Czelusniak et al. , “Materials used for sinking EDM  electrodes:  a  review,” J.  Brazilian Soc. Mech. Sci. Eng. , vol. 41, no. 1, p. 14, 2018, doi: 10.1007/s40430-018-1520-y.
K. Kant, P. Tyagi, U. P. Gupta, and S. S. Kumar, “Study  of  the  effect  of  machining parameters  and  Analysis  of  the  wear characteristics  of  an  EDM  by  ANOVA’s Techniques,” Int.  J.  Sci.  Res.  Sci.  Eng. Technol. , vol. 2, pp. 186–195, 2016.
R.  M.  Bisono,  “Optimasi  Multi  Respon  Pada
Proses  Electrical  Discharge  Machining (EDM)  Sinking  Material  Baja  Perkakas Dac Dengan Menggunakan Metode
Taguchi-Grey-Fuzzy,”  p.  157,  2015, [Online]. Available: http://repository.its.ac.id/51819/.
S.  Abdulkareem,  A.  Ali  Khan,  and  M.  Konneh,
“Cooling  effect  on  electrode  and  process parameters  in  EDM,” Mater.  Manuf. Process. , vol. 25, no. 6, pp. 462–466, 2010, doi: 10.1080/15394450902996619.