1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pemenuhan akan material implan di Indonesia ternyata tidak diimbangi dengan kemapuan akan pemenuhan pengadaan material tersebut. Ketidakmampuan ini kian lama menjadi perhatian tersendiri oleh berbagai pihak, seperti yang dituangkan oleh berbagai peneliti, dokter, dosen dan industriawan pada sebuah Seminar Nasional Biomaterial (2013). Material implan sendiri adalah benda tidak hidup yang ditanam dan bereaksi baik pada tubuh makhluk hidup sehingga dapat menggantikan atau membantu penyembuhan fungsi organ yang penting (Wang et. al., 2011). Material implan dapat berupa keramik, polimer atau logam. Sedangkan kebanyakan jenis logam yang ditemui di dunia industri saat ini merupakan penghantar listrik yang memiliki sifat keras,kuat serta cenderung membahayakan apabila digunakan pada tubuh manusia, namun seiring perkembangan zaman, muncullah logam yang bersifat biocompatible. Menurut Erdele et.al., (2000), biocompatible adalah sifat material yang dapat memberikan performa pada respon yang sesuai di sebuah aplikasi yang spesifik, misalnya saja logam sebagai material implan yang dapat memberikan respon positif dalam menggantikan atau memperbaiki bagian tubuh manusia yang rusak. Selain bersifat compatible, logam sebagai material implan harus memiliki bentuk yang sesuai dengan tubuh, sehingga secara fisik aman digunakan pada makhluk hidup. Hal ini membuat teknik pemotongan logam menjadi hal yang penting dalam pembuatan material implan. Sebelum material implan ditanam pada tubuh manusia, material tersebut harus diuji dengan berbagai tipe pengujian. Pengujian ini harus dilakukan untuk memastikan bahwa material tersebut benar-benar aman dan tidak memberikan pengaruh negatif bagi pengguna nantinya. Pengujian material implan ini dilakukan dengan berbagai tahap, salah satunya adalah melakukan penanaman material tersebut pada tubuh hewan uji seperti tikus dan kelinci yang nantinya akan dilihat reaksi yang terjadi pada kurun waktu yang telah ditentukan. Jika dalam penilaian
2
material yang ditanam pada hewan uji memberikan pengaruh yang positif, maka material tersebut juga akan aman untuk digunakan pada manusia. Evaluasi terhadap material implan sudah secara jelas diatur dalam sebuah standar internasional, yaitu ISO 10993 tahun 2007 bagian 6. Dalam evaluasi, material tersebut harus memiliki bentuk lingkaran dengan diameter yang sangat kecil sehingga dapat ditanam pada salah satu jaringan tubuh hewan uji. Keharusan akan pemenuhan dimensi yang kecil dengan tingkat presisi serta kehalusan permukaan yang baik ini, tidak memungkinkan apabila material tersebut dipotong dengan pemesinan konvensional karena akan menimbulkan sisa tegangan pada hasil yang didapatkan. Di lain hal, penggunaan pemesinan non-konvensional akhir-akhir ini sedang mengalami perkembangan pesat. Salah satunya adalah pemotongan material menggunakan metode Electrochemical Machining (ECM). ECM adalah teknologi pemesinan logam berdasarkan proses elektrolisis dimana produk yang dihasilkan diproses tanpa kontak dan pengaruh panas (Wolters, 2010). Penggunaan metode ECM sendiri dipilih sebagai suatu metode pemesinan material yang tidak bisa digunakan pada mesin konvensional karena material yang terlalu getas, kuat, kecil, atau dapat menimbulkan sisa tegangan bila menggunakan pemesinan secara konvensional. Penggunaan metode ECM ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan bentuk permukaan material yang sangat halus atau kebutuhan akan hasil dengan tolerasi yang sangat tinggi. Perkembangan pengunaan non-konvensional ini merupakan suatu produk kehidupan manusia yang begitu dinamis, yang menuntut dunia industri untuk bergerak dengan cepat dengan penelitian, perancangan, produksi dan pengendalian dengan lebih cepat pula. Hal ini juga diperlihatkan dengan adanya pergeseran teknologi lama dengan sistem-sistem baru yang membuat pekerjaan menjadi lebih efektif dan efisien. Misalnya saja, pemanfaatan kendali otomatis sebagai pengganti sistem kendali konvensional yang berkembang sebelumnya. Pengendali otomatis yang berkembang secara luas dalam dunia industri belakangan ini adalah Programmable Logic Controller (PLC). PLC mampu menyimpan perintah seperti urutan kejadian, waktu, menghitung, aritmatika,
3
manipulasi data dan berbagai fungsi lain sehingga menjadi sistem kontrol efektif dan efisien di dunia industri. Awalnya, disain PLC dilakukan oleh Divisi Hydramatic General Motor Corporation tahun 1968. Tujuan perancangan ini adalah mengeliminasi tingginya biaya produksi sebagai akibat dari penggunaan sistem kendali relay yang tidak efektif. Hingga akhirnya pada tahun 1969 setelah melewati berbagai tahap identifikasi kriteria disain, PLC dapat diimplementasikan dan berkembang dengan sangat signifikan (Bryan dan Bryan, 1997). Pemanfaatan PLC pun tidak hanya terbatas pada industri-industri besar. PLC dapat dimanfaatkan secara luas dalam industri kecil menengah, pendidikan, penelitian dan juga dalam dunia kesehatan. Melihat berbagai hal di atas, penelitian ini berusaha memadukan kendali otomatis pada bidang manufaktur non-konvensional dalam melakukan pemotongan pada material implan khusunya dalam pengembangan material implan dalam proses pengujian sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Kendali otomatis yang dipilih adalah PLC yang didasarkan pada keunggulan yang ditawarkan. PLC merupakan sebuah sistem kendali otomatis yang bersifat portable, mudah digunakan dan dapat diaplikasikan tidak hanya pada industri besar, tapi juga pada industri rumah tangga skala kecil. Diharapkan pemanfaatan PLC pada penelitian proses manufaktur pengembangan material implan ini, dapat melakukan penghematan dari segi waktu, biaya serta tenaga yang digunakan terutama dalam melakukan pencarian parameter-parameter yang dibutuhkan dalam proses pemesinan. Selanjutnya pada penelitian ini, PLC akan dirancang dan diaplikasikan pada mesin Electrochemical Machining (ECM) yang telah dikembangkan di Laboratorium Proses dan Sistem Produksi Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada.
1.2. Rumusan Masalah Dalam penelitian ini, dilakukan otomasi pemotongan koin material implan menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) sebagai penelitian awal dalam pencarian parameter pemotongan koin material implan yang didasarkan pada
4
standar acuan pengujian material implan yang berlaku. Penilitian ini juga menggunakan mesin non-konvensional khususnya Electrochemical Machining (ECM) yang diharapkan dapat meniadakan sisa tegangan hasil yang dapat menurunkan kualitas hasil pemotongan material implan.
1.3. Batasan Masalah Berbagai batasan yang diajukan peneliti dalam melakukan penelitian terinci sebagai berikut. 1. Material yang digunakan adalah Stainless Steel 316L dengan ketebalan 1 mm dan dikondisikan sama di setiap ekperimennya. 2. Mesin yang digunakan adalah mesin Electrochemical Machining generasi pertama yang telah dikembangkan Jurusan Teknik Mesin dan Industri, 3. Sistem kendali yang digunakan hanya tebatas pada Programmable Logic Controller OMRON dengan tipe ZEN 10C1DR-D-V2 yang telah terangkai dengan berbagai tombol serta konektor-konektor pada sebuah papan. 4. Larutan elektrolit yang digunakan adalah air sumur yang dicampur dengan NaCl 15%. Pada penelitian ini, cairan elektrolit akan diganti secara manual dengan indikator kekeruhan air yang dihasilkan selama proses. Hal ini dikarenakan belum tersedianya alat pengukur suhu atau pengukur daya kerja larutan elektrolit secara otomatis. 5. Elektroda terbuat dari batang kuningan yang di las dengan stainless steel 204 dengan diameter dalam sebesar 1,1 cm dan diameter luar sebesar 1,3 cm. 6. Penelitian ini tidak membahas proses dan pengaruh reaksi kimia yang terjadi pada pemesinan ECM. 7. Penelitian ini diusahakan dan diupayakan untuk menghasilkan sebuah koin berbentuk lingkaran dalam pengujian material implan sesuai dengan standar yang digunakan dalam melakukan pengujian material implan. 8. Pengaruh lingkungan dianggap tidak signifikan.
5
1.4. Tujuan Perancangan Tujuan utama (main objective) Tujuan utama penelitian ini adalah otomasi pemotongan koin material implan menggunakan Programmable Logic Controler pada mesin Electrochemical Machining untuk menghindari sisa tegangan pada penggunaan pemesinan konvensional dalam memenuhi standar pengujian yang berlaku sehingga dapat diketahui parameter-parameter pemotongan yang ada dengan lebih efektif dan efisien.
1.5. Manfaat Perancangan Setelah mengetahui latar belakang permasalahan dan tujuan diharapkan penelitian ini dapat memberikan manfaat, diantaranya: 1. mengembangkan
metode
pemotongan
material
implan
menggunakan
pemesinan non-konvensional, 2. mempercepat waktu, tenaga dan biaya dalam melakukan evaluasi terhadap pengujian material implan, 3. memberikan tambahan pemahaman tentang dunia industri medis dan teknologi medis yang sedang berkembang saat ini.
