Simulasi Pembuatan Femoral Stem Hip Arthroplasty dengan Metode Hot Forging

Osteoarthritis (OA) adalah penyakit sendi yang bersifat degeneratif yang terjadi karena proses inflamasi kronis pada sendi dan tulang yang ada disekitar sendi tersebut. Bagian tubuh yang sering mengalami osteoarthritis seperti lutut, panggul, tangan, dan tulang belakang. Ostheoarthritis panggul (hip osteoarthritis) terjadi pada sendi panggul (sendi ball-and-socket) dengan femoral head. Salah satu upaya medis yang dilakukan oleh dokter ortopedi untuk mengatasi hip ostheoarthritis adalah dengan pergantian material implan pada bagian sendi pinggul yang disebut hip prosthesis. Pada umumnya, material implan lokal dibuat dengan metode wax casting sehingga secara sifat mekanik sulit untuk ditingkatkan. Proses manufaktur lain yang banyak digunakan di luar negeri adalah dengan hot forging sehingga memungkinkan diperoleh kenaikan sifat mekanik dan proses produksi yang jauh lebih cepat. Dalam penelitian ini tahapan proses hot forging akan disimulasikan dengan menggunakan material austenitic stainless steel 316L sebagai material femoral stem dengan standar ASTM F138-13a. Tahapan pembentukan femoral stem tersebut menggunakan finite element methode. Ada beberapa tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini. Cetakan dies untuk proses pre-forging dan last-forging pada femoral stem digambar dengan software 3D Solidworks. Untuk proses simulasi digunakan software ANSYS menggunakan explicit dynamic meliputi tahap pendefinisian material, set up, meshing material, dan analisis hasil. Variasi koefisien gesek pada die & benda kerja dan besarnya gaya pembebanan pada tahap last-forging dilakukan untuk mengetahui kondisi optimal dalam proses hot forging tersebut dengan melakukan analisis tegangan equivalent. Dari penelitian ini didapatkan hasil tegangan terhadap perpindahan upper die. Terdapat pola yang berulang dimana Analisis data dilakukan dengan perbandingan grafik perpindahan upper die menempa benda kerja terhadap tegangan equivalent. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa gaya pembebanan 2.000 kN menghasilkan tegangan equivalent lebih kecil dibandingkan dengan gaya 2.500 kN & 3.000 kN pada setiap variasi koefisien gesek. Tegangan yang dihasilkan akan semakin meningkat seiring dengan perpindahan upper die saat menempa benda kerja. Pengaruh variasi koefisien gesek dimana mempengaruhi tegangan equivalent pada penempaan maksimal. ========================================================== Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease that occurs due to chronic inflammatory processes in the joints and bones that surround these joints. Parts of the body that often experience osteoarthritis include the knees, hips, hands and spine. Hip ostheoarthritis (hip osteoarthritis) occurs in the hip joint (ball-and-socket joint) with the femoral head. One of the medical efforts made by orthopedic doctors to treat hip osteoarthritis is by replacing the implant material in the hip joint called the hip prosthesis. In general, local implant materials are made by the wax casting method so that the mechanical properties are difficult to improve. Another manufacturing process that is widely used abroad is by hot forging, which allows for a much faster increase in mechanical properties and the production process. In this study, the hot forging process stages will be simulated using the austenitic stainless steel 316L as a femoral stem material with ASTM F138-13a standards. The stages of the formation of the femoral stem use the finite element method. There are several stages in this research. Die molds for the pre-forging and last-forging processes on the femoral stem were drawn using Solidworks 3D software. For the simulation process, ANSYS software uses explicit dynamic including the stages of defining the material, set up, material meshing, and analysis of the results. The variation of the friction coefficient between the mold and the workpiece and the magnitude of the loading force in the last-forging stage were carried out to determine the optimal conditions in the hot forging process by conducting an equivalent stress analysis. From this research, the results of the stress on the upper die displacement are obtained. There is a repeating pattern in which data analysis is performed by comparing the graph of the displacement of the upper die forging the workpiece to the equivalent stress. The results of this study indicate that the 2,000 kN loading force produces a smaller equivalent stress than the 2,500 kN & 3,000 kN force at each variation of the friction coefficient. The resulting stress will increase along with the displacement of the upper die when forging the workpiece. The effect of the variation of the friction coefficient which affects the equivalent stress at the maximum forging