## Jurnal Dinamis
Vol. 10, No. 2, Desember 2022 | 01-06
ISSN : 0216-7492, e-ISSN : 2809-3410
Homepage : https://talenta.usu.ac.id/jd

## Analisis Numerik Terhadap Sambungan Prototipe Pengganti Rahang Patah Pada Manusia Menggunakan Perangkat Lunak Solidworks
Rakhmad Arief Siregar 1* , M. Yusuf R. Siahaan 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Medan Area *Email: rakhmadarief @staff.uma.ac.id

## Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis pengujian sambungan prototipe pada rahang patah manusia dengan  menggunakan  perangkat  lunak  Solidworks.  Tahap  awal  yang  dilakukan  yaitu  dengan menentukan  jenis-jenis  sambungan  yang  dapat  digunakan  pada  prototipe  pengganti  rahang  patah, kemudian dilakukan pemodelan rahang patah, dan tahap akhir yaitu menganalisis kekuatan sambungan rahang patah dengan prototipe pengganti rahang patah menggunakan Solidworks akibat beban statik. Dari hasil analisis pengujian pertama dari ketiga model sambungan rahang patah yang telah dirancang memiliki nilai Von Mises yang berbeda dimana nilai tertinggi diperoleh oleh model chin plate sebesar 838.3  MPa  dan  hasil  pengujian  dengan  pemberian  beban  terhadap  ketiga  model  pada  pengujian sambungan  rahang  patah  pada  manusia  menggunakan  perangkat  lunak  Solidworks  diperoleh  nilai terkecil pada model grid plate sebesar 44.1 MPa.
Kata kunci: Prototipe, Rahang patah, Solidworks , V on mises stress .

## Abstract
This  study  was  conducted  to  analyze  the  testing  of  prototype  joints  in  human  fractured  jaws  using Solidworks software. The initial stage is to classify the types of joints that can be used on a broken jaw replacement prototype, then modeling a broken jaw is carried out, and the final stage is to analyze the strength of a broken jaw joint with a broken jaw replacement prototype using Solidworks due to static loads. From the results of the analysis of the first test of the three models of fractured jaw joints that have been designed to have different von Mises values where the highest value is obtained by the chin model of 838.8 MPa and the results of testing by applying force to the three models in testing broken jaw joints in humans using a device. Solidworks software obtained the smallest value on the grid plate model of 44,1 MPa.
Keywords: Prototype, broken jaw,  Solidworks, Von mises stress .

## Pendahuluan
Rahang adalah dua bagian tulang wajah yang terletak di atas dan bawah rongga mulut sebagai tempat gigi untuk tumbuh.  Rahang  terdiri dari rahang bawah yang dapat digerakkan (mandibula) dan rahang atas yang tetap (maxila). Rahang digunakan untuk menggigit dan mengunyah makanan dengan cara digerakan berlawanan satu sama lain [1]. Mandibula adalah bagian dari tulang wajah. Mandibular dimana satu-satu nya tulang wajah yang bisa bergerak. Sudut mandibula pada manusia merupakan tulang yang sangat lemah sehingga  mudah  retak  dan  patah  karena  kekerasan  fisik,  olahraga,  kecelakaan  lalu  lintas,  kecelakaan industri,  atau  proses  patologis  [2-4].  Sudut  mandibula  pada  manusia  adalah  bagian  yang  paling  umum terjadi patah tulang. Fraktur sudut mandibula memiliki komplikasi pasca operasi tertinggi di antara semua fraktur pada rahang manusia, dan bentuk plat dan patahnya pelat adalah alasan utama terjadinya komplikasi setelah dilakukan fiksasi pada rahang manusia [5-6].
Fraktur sudut mandibula pada rahang manusia diperlukan sambungan yang tepat dan nyaman dalam penggunaannya setelah proses pemasangan. Perangkat lunak Solidworks digunakan dalam merancang dan menganalisis sambungan pengganti rahang patah buatan pada manusia sehingga dihasilkan sifat mekanik yang  tangguh,  aman  dan  bebas  infeksi  maupun  dislokasi.  Kombinasi  material  bio  dapat  memperkuat struktur plat sambungan seperti banana stem mendistribusikan hasil akhir yang prospektif [7], pemakaian
teknologi AM (Additive Manufacturing) pada implan bidang kesehatan, kajian konsentrasi tegangan pada plat, dampak laju regangan dan simulasi numerik telah dikaji sebelumnya [8-11]. Penelitian ini bertujuan menetapkan  jenis-jenis  sambungan  yang  dapat  diaplikasi  pada  pengganti  rahang  patah  tubuh  manusia, memodelkan  jenis-jenis  sambungan,  dan  menganalisis  kekuatan  jenis  sambungan  yang  dapat diimplementasikan pada rahang patah tubuh manusia dengan memanfaatkan perangkat lunak Solidworks [12].

## Teori Anatomi Tulang Mandibula
Mandibula  merupakan  tulang  yang  besar  dan  paling  kuat  pada  daerah muka.  Dibentuk  oleh  dua tulang simetris yang mengadakan fusi dalam tahun pertama kehidupan. Tulang ini terdiri dari korpus, yaitu suatu lengkungan tapal kuda dan sepasang ramus yang pipih dan lebar yang mengarah keatas pada bagian belakang  dari  korpus.  Fraktur  mandibula  didefinisikan  sebagai  deformitas  linier  atau  terjadinya diskontinuitas tulang yang disebabkan oleh ruda paksa. Fraktur dapat  terjadi akibat trauma atau karena proses patologis. Fraktur mandibula adalah putusnya kontinuitas tulang mandibula. Benturan yang keras pada wajah  dapat menimbulkan fraktur mandibular. Toleransi mandibula terhadap benturan lebih tinggi daripada  tulang-tulang  wajah  yang  lain [13-14]. Berikut ini tipe fraktur pada rahang patah manusia [15] yaitu;
1. Fraktur incomplete , dimana pada satu sisi dari tulang mengalami fraktur sedangkan pada sisi yang lain tulang masih terikat.
2. Fraktur greenstick , biasanya didapatkan pada anak-anak karena periosteum tebal.

## Biomekanik Fraktur Rahang Manusia
Konsep  biomekanik  pada  perawatan  fraktur  mandibula  perlu  dipahami sebab  keadaan  statik  dan dinamik  dapat  mempengaruhi  proses  penyembuhan  fraktur.  Tujuan  dari  semua  terapi  fraktur  adalah mengembalikan bentuk dan fungsi seperti semula. Hal tersebut dapat dicapai dengan melakukan imobilisasi menggunakan fiksasi internal dan eksternal. Pada waktu mandibula mengalami fraktur, prinsip perawatan dilakukan dengan mempertimbangkan kekuatan-kekuatan sisi dari aksis imajiner sehingga kedua kekuatan tegangan yang berlawanan  tersebut  harus  dinetralisir  untuk mendapatkan  reduksi  fungsional  yang  stabil [16].

## Solidworks
Solidworks  adalah  software  yang  berfungsi  pada  komputer  untuk  membuat  gambar  pemodelan geometri  dan  mampu  melakukan  analisa  struktur  kekuatan  dengan  bentuk  numerik.  Parameter  numerik pada  perangkat  lunak  Solidworks    adalah  teori  perumusan  metode  elemen  hingga  untuk  merancang komponen manufacturing baik dalam permesinan, furniture , dan sebagainya yang membutuhkan part atau assembly dengan metode analisis beban statik maupun dinamis [17].

## METODOLOGI PENILITIAN
1. Studi literatur
2. Diskusi interaktif
3. Pembuatan konsep gambar sambungan
4. Pemodelan sambungan rahang patah
5. Pengujian menggunakan Simulasi Solidworks
6. Validasi data simulasi
7. Analisa data

## Gambar 1. Diagram alir penelitian.

## Hasil
Penentuan  konsep  sambungan  pada  penelitian  di  awali  dengan  mengumpulkan  informasi  tentang model  sambungan,  tipe  dan  jenis  sambungan  rahang  manusia  dan  merangkumnya  dalam  bentuk  tabel morfologi  untuk  menentukan  model  sambungan  yang  paling  baik  dari  segi  kekuatan,  kenyamanan  dan ekonomis seperti ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Analisis morfologi menentukan spesifikasi konsep sambungan.
No. Subsolusi Konsep Bagian Rahang Pengait Sambungan Lubang Jumlah Pengait (Pcs) Model Sambungan 1. 2. 3. Os Maxilla Mandibula Midface Sekrup Kawat Nail atau Rod Kerucut Tegak lurus Lubang miring 8 6 4 Pelat Sagittal Chin Plate Grid Plate
Kombinasi  konsep  sambungan  berdasarkan  data  analisis  morfologi  pada  tabel  1dapat  mewujudkan pemilihan kriteria model konsep yang tepat sehingga diperoleh hasil 3 konsep model sambungan rahang patah yang dapat dilihat pada gambar 2-4.
Gambar 4. Konsep model 3.
Analisis  numerik  dilakukan  terhadap  ketiga  konsep  model  dengan  variasi  letak  pembebanan  statik  dan tumpuan yang ditunjukkan pada gambar 5-10.
Gambar 5. Pengujian variasi 1.
Gambar 6. Pengujian variasi 2.
Gambar 7. Pengujian variasi 3.
Gambar 8. Tampilan hasil pengujian variasi 1 terhadap 3 konsep model.
Gambar 9. Tampilan hasil pengujian variasi 2 terhadap 3 konsep model.
Gambar 10. Tampilan hasil pengujian variasi 3 terhadap 3 konsep model.
Berlandaskan tampilan data simulasi numerik dari perangkat lunak Solidworks diperoleh hasil seperti pada tabel 2.
Tabel 2. Nilai Tegangan Von mises hasil simulasi numerik menggunakan Solidworks.
Uraian Tegangan Von mises (MPa) Pengujian variasi 1 Pengujian variasi 2 Pengujian variasi 3 Konsep model 1, F = 29.4 N Konsep model 2, F = 29.4 N Konsep model 3, F = 29.4 N 667.6 838.3 242.8 358.2 121.4 73.09 69.3 136.9 44.1
Gambar 11. Grafik Tegangan Von mises hasil simulasi numerik Solidworks.
Nilai  tegangan  Von  mises  terbesar  dimiliki  oleh  konsep  model  2  sesuai  hasil  simulasi  numerik  dengan pengujian variasi 1 dan nilai tegangan Von mises terkecil juga ada pada konsep model 3 dari hasil simulasi numerik dengan pengujian variasi 3.

## Kesimpulan
1. Jenis  sambungan  rahang  patah  berhasil  ditetapkan  berlandaskan  data  analisis  morfologi  sehingga dicapai 3 konsep sambungan yang dapat digunakan pada tubuh manusia.
2. Hasil  3  konsep  sambungan  diwujudkan  pada  pemodelan  geometrik  sambungan  yang  menyesuaikan dimensi tubuh manusia menggunakan perangkat lunak Solidworks.
3. Analisis numerik yang dilakukan dengan simulasi Solidworkd akibat beban statik diperoleh hasil nilai tegangan Von mises dari semua konsep model sambungan. Nilai tegangan Von mises tertinggi sebesar 838.3 MPa yang terjadi pada konsep model 2 dengan pengujian variasi 1 sedangkan nilai tegangan Von mises terendah sebesar 44.1 MPa dimiliki oleh konsep model 3 dengan pengujian variasi 3.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Universitas Medan Area yang telah membantu penelitian dan memberikan ijin penggunaan fasilitas laboratorium untuk terlaksananya penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Hetty Anggrawati K . dan Sagung Agung Putri Dwi Astut , Histologi dan Anatomi Fisiologi Manusia , Cetakan pertama, Jakarta: Pusat Pendidikan Sumber Daya Manusia Kesehatan, 2017.
[2] Bontrager, Kenneth L. and John P. Lampignano, Textbook Radiographic Positioning And Related Anatomy , 9 th edition, New York: Elsevier Mosby, 2005.
[3] Eben E. Manalu., “Hubungan Antara Lokasi Fraktur Mandibula Dengan Kejadian Maloklusi Pasca Orif  di  RSUP  H.  Adam  Malik  Medan”,  Tesis  Magister,  Universitas  Sumatera  Utara,  Indonesia, 2018.
[4] Mirta  Hediyati  Reksodiputro  dan  Noval  Aldino,  “Penatalaksanaan  Fraktur  Simfisis  Mandibula Dengan Dua Perpendicular Mini-Plates”, ORLI, vol. 47, no. 2, pp. 185-192, 2017.
[5] Ika Ratna Maulan, “High Condylectomy Pada Kasus Fraktur Kondilus”, JITEKGI (Jurnal Ilmiah dan Teknologi Kedokteran Gigi), vol. 13, no. 1, pp. 27-33, 2017.
[6] Nicco Marantson, “Penggunaan Arch Bar pada Fraktur Dentoalveolar”, Majalah Biomorfologi, vol. 29, no. 1, pp. 19-26, 2019.
[7] A.J. Zulfikar, B. Umroh, and M. Y. R. Siahaan, "Design and manufacture of skateboard from banana stem", JMEMME (Journal of Mechanical Enggineering, Manufactures, Materials and Energy), vol. 3, no. 2, pp. 109-116, 2019.
[8] S.F.  Khan,  K.  W.  Dalgarno,  R.  A.  Siregar,  "Indirect  Additive  Manufacturing  (AM)  of ApatiteWollastonite  (A-W)  Glass-Ceramic  for  Medical  Implants",  Applied  Mechanics  and Materials, vol. 786, pp. 354-360, 2015.
[9] Rakhmad Arief Siregar, Khairul Umurani, Rahmatullah, Cahyo, “Pengaruh Diameter Lubang Pada Faktor Konsentrasi Tegangan Untuk Plat Isotropis”, Jurnal RMME, vol 2, no. 1, pp. 17-23, 2019.
[10] Siregar R. A., Daimaruya, M., Kobayashi, H., and Shimada H., “Strain rate effect on impact tensile stress of concretes by method of reflected tensile stress waves”, J. Japan Exp. Mech., vol. 4, no. 3, pp. 56-61, 2004.
[11] A.J. Zulfikar, A. Sofyan and M. Y. R. Siahaan, “Numerical Simulation on The Onion Dryer Frame Capacity of 5 kg/hour”, JMEMME (Journal of Mechanical Engineering Manufactures Materials and Energy), vol. 2, no. 2, pp. 86-92, 2018.
[12] Anditya, S. D., Membuat desain komponen mekanis 2D  3D Solidworks , Yogyakarta: Percetakan Andi, 2016.
[13]   Jonas  T.  Johnson and Clark  A.  Rosen, Mandibular  Fracture  in  Bailey′s  Head and Neck Surgery , Volume 1, Fifth Edition, USA: Lippincott Williams  Wilkins, 2014.
[14]   John Oeltjen and Larry Hollier, “Acute Management of Head and Neck Trauma”, Current Therapy in Plastic Surgery, pp. 217-222, 2009.
[15]   Ehab  Abdelfadil  and  Ahmed  S.  Salim,  “Infected  Mandibular  Fracture:  Risk  Factors  and Management”, Oral Hygiene  Health, vol 1, no 1, pp. 1-8, 2013.
[16] Anan  Tanwilaisiri,  dkk,  “Design  and  fabrication  of  modular  supercapacitors  using  3D  printing”, Journal of Energy Storage, vol 16, pp. 1-7, 2018.
[17] M. Zainal Abdi, Solidworks untuk Desain Manufaktur , Bandung: Percetakan Modula, 2018.