ISSN 1410-8542
Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka Journal of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals Vol 15 No 2, Oktober 2012
EVALUASI PENGELASAN LASER PADA PEMBUATAN MIKROKAPSUL BRAKHITERAPI LAJU DOSIS RENDAH Diandono Kuntjoro Yoga, Anung Pujiyanto, Moch. Subechi, Rohadi Awaludin Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka BA TAN E-mail:
[email protected]
ABSTRAK EVALUASI PENGELASAN LASER PADA PEMBUATAN MIKROKAPSUL BRAKllITERAPI LAJU DOSIS RENDAH. Pembuatan mikrokapsul brakhiterapi laju dosis rendah memerlukan proses yang cukup rumit sehingga perlu dilakukan evaluasi pada setiap tahap pembuatannya. Ukuran mikrokapsul yang sangat kecil dan penggunaan las laser yang memiliki banyak parameter menuntut evaluasi agar mendapatkan teknik pengelasan yang lebih efisien dan produk yang aman ketika diimplan ke dalam tubuh pasien. Penelitian ini mengevaluasi penggunaan energi laser, gerakan pengelasan dan kemungkinan perubahan komposisi unsur material setelah proses pengelasan. Evaluasi energi laser dilakukan dengan membandingkan pilihan bentuk pulsanya terhadap tembusan pengelasan. Gerakan pengelasan dibandingkan antara memutar pada sumbu vertikal terhadap gerakan memutar menggunakan sumbu x dan y. Sedangkan unsur material diamati menggunakan scanning electron microscopy (SEM). Penggunaan bentuk pulsa spike with ramp down dapat menurunkan penggunaanjUll power hingga 40% dan namun tidak ditemukan hasil pengelasan pada daerah pelelehan terjadi peningkatan persentase C dan penambahan unsur Ar dari gas selubung sehingga cukup aman untuk diimplan ke dalam tubuh pasien.
0
Kata kunci: mikrokapsul, brakhiterapi, las laser
ABSTRACT EVALUATION OF LASER WELDING PROCESS IN LOW DOSE RATE BRACHYTHERAPY MICROCAPSULES PRODUCTION. Preparation of low dose rate brachytherapy microcapsules requires a complicated process that needs to be evaluated at each step of manufacture. Microcapsule size is very small and the use of laser welding has many parameters that should be evaluated in order to obtain an efficient welding technique and to get safe products that can be implanted into the body tissues. This study evaluated the use of laser energy, the movement of welding process and possible changes in the elemental composition of the material after the welding process. Evaluation was carried out by comparing the energy of laser pulse shape option to welding penetration. Welding movement was compared between turning on the vertical axis of the circular motion using x and y axes. The elements of the material were observed using scanning electron microscopy (SEM). The use of spike pulse shape with ramp down can in melting regions was found, reduce power usage up to 40%, the increase in the percentage of C and additional elements of argon was not found, and hence microcapsule was safe to be implanted into the body tissues.
0
Key-words:
microcapsule, brachytherapy, laser welding
47
Evaluasi Pengelasan Laser pada Pembuatan Mikrokapsul (Diandono K. Yoga, dick)
Brakhiterapi
PENDAHULUAN
kapsul ini kemudian Kesehatan
Badan memperkirakan
Laju Dosis Rendah
dunia
(WHO)
Oalam
meningkat 45% pada tabun 2007 hingga 2030 (7,9
mikrokapsul
hingga
yang
penderita).
negara
berkembang
beberapa urutan
kedua
sebagai
setelah penyakitjantung
Sementara
itu di
pembuatannya,
ukuran
yang keeil ini menimbulkan
kesulitan
cukup
proses
tinggi.
Sementara
kanker
menempati
mikrokapsul
yang
mematikan
dalam tubuh, maka diperlukan
penyakit
ke dalam jaringan
kanker [3].
angka kematian akibat kanker akan
11,5 juta
diimplan
itu
karena
ini akan dimplan secara permanen
ke
kualitas yang baik
agar tidak berbahaya bagi pasien.
[I].
Proses
pengelasan
menggunakan
laser,
merupakan salah satu dari rangkaian proses produksi
3mm
yang menentukan kualitas mikrokapsul
eE ••• o
pengelasan beberapa
menggunakan parameter,
ini. Kualitas
laser dipengaruhi
diantaranya
berkas laser dan
gerakan meja kerja pada saat pengelasan. mendapatkan
proses pengelasan
maka perlu dilakukan
oleh
Untuk
yang lebih baik,
evaluasi proses pengelasan
pada mikrokapsul brakhiterapi ini.
METODA
PENELITIAN
DAN
FASILITAS
YANG DIGUNAKAN Penelitian ini menggunakan mesin las laser Nd- YAG untuk mengelas mikro kapsul dari bahan Gambar
1. Dimensi dan foto mikrokapsul Salah
satu
metoda
penanganan
adalah dengan eara menempatkan di dekat jaringan pengobatan
yang terkena
kanker
Ti6AI4V. Selain pada mikro kapsul, pengelasanjuga
dengan
kanker
bahan radioaktif kanker. bahan
dilakukan
pada kawat titanium dengan bahan dan
diameter
yang
pengelasan.
sarna
untuk
Metode
Metode
pelelehan
pada
radioaktif
dilakukan
dengan
melihat
pengelasan
posisi
tembusan
dengan
vertikal.
Penelitian
membandingkan
cara ini
pengaturan
didekatkan jaringan yang terkena kanker ini disebut
bentuk gelombang laser terhadap hasil pengelasan.
brachytherapy.
Pengaturan parameter ini meliputi pengelasan beda
radioaktif
Brachytherapy
laju dosis rendah
Ioqium- t ~5 yang
dilapisk~n
dengan
dapat
bahan
menggunakan
p~~a kawat
frekuensi, kecepatan
perak,
geometri ~elubung.
dikemas 4a~&rnmikrokapsul dari bahan titanium ~an ditutup
dengan
menggunakan
las laser.Setelah
pelelehan Pengaturan
~ilakukan pengujian keboeoran dan sterilisasi, mikro
adalah
48
bentuk
pulsa
las, pengaturan
~an
perb~~aaq
bentuk pulsa, alinm
g~s
bentuk pulsa yang digunakan trapezium
dan pulsa
kejut
lSSN 1410-8542
Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka Journal of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals Vol15N02,Oktoher 2012
menurun (spike ramp down) dengan beberapa beda
Benda
station,
durasi pulsa (Tp).
keIja
dicekam
dengan pergerakan PC.
ditempatkan
dengan
menggunakan
yang dikendalikan
Gambar 2. Bentuk pulsa trapezium (kiri) & kejut menurun (kanan)
dengan menggunakan menggunakan tembusannya
selanjutnya
dipotong
ampelas, dipoles dan dietsa
Kroll's reagent untuk dilihat hasil [14,15].
Pengamatan
Gambar 3. Skematik alat las laser
hasil tembusan
menggunakan mikroskop digital stereo. Keterangan : Selanjutnya dari beberapa hasil percobaan 1. Mesin pembangkit laser pengelasan
yang sudah dilakukan kemudian dipilih 2.
Panel control pengatur laser
3.
Kabel serat optic penghantar laser
4.
Tabung dan regulator gas selubung
5.
Pengatur tekanan gas selubung
parameter terbaik untuk mengelas mikrokapsul, dan dilakukan
pengujian
dan
hasilnya
dibandingkan
dengan pengelasan awal. Mesin
laser
yang
dipergunakan
adalah
6. Workstation
mesin laser Nd-YAG type PB 50A dari Han's Laser
7.
Perisai radiasi
dengan spesifIkasi ditunjukkan pada pada Tabel 1. 8. Nozel gas selubung 9.
Tabell. Spesifikasi mesin laser
Kamera CCD
10. Kolimator dan pemfokus 11. Pemegang benda keIja (chuck)
Maximum peak power
5W
Lebar pulsa
0,1 - 50 ms
12. Meja penggerak 13. PC pengatur gerakan meja 14. Layer monitor pengelasan
15. Exhaust fan 16. HEPAfilter
49
chuck
dari sebuah
yang ada pada mesin pembangkit
laser.
pengelasan
work
Bentuk pulsa laser dapat diatur menggunakan
panel pengatur
Hasil
dalam
Evaluasi Pengelasan Laser pada Pembuatan (Diandono K. Yoga, dick)
Mikrokapsul
Brakhiterapi
BASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengelasan laser dengan
variasi
kedalaman
dengan
sekali tembakan
bentuk pulsa diperoleh
w = lebar
manik
d HAZ
, d=
kedalaman
las,
HAZ,
T = trapezium,
KT
Kejut
turon (spike with ramp down)
hasil
seperti Tabel 2. Pada Tabel tersebut, las
Laju Dosis Rendah
=
.
Tabel 2. Ringkasan data pengelasan variasi pulsa KT 4.1 144.7 293.6 445.2 410.0 T 391.5 KT 7.1 5.1 530.4 9 582.6 0.5 5.6 136.2 285.1 202.2 447.8 487.0 504.3 0.5 Konduksi 3.1 4.6 187.2 192.7 439.1 6.6 174.5 89.4 280.9 591.0 0.8 1.0 157.4 148.9 655.3 281.3 dHAZ 161.7 638.3 T PulsaW (/lm) (/lm) Konduksi 6.6 127.7 289.3 0.6 KT Tp keyhole (ms) keyhole type d(/lm) las Daya penuh
menggunakan
energi dengan kepadatan tinggi dapat
menghasilkan tembusan yang unik yaitu menyerupai lubang kunci yang biasa disebut dengan keyhole. Pengelasan
(a) Gambar
daya
(b) 4. Potongan melintang hasillas (a) dan bentuk pulsa laser (b)
Kedalaman
tembusan
jumlah daya laser yang diberikan.
sebanding
3,33
dengan bentuk pulsa trapesium dengan W
hingga
5,76
W
menghasilkan
pengelasan
keyhole
namun tidak tetjadi
melelehkan
sehingga hanya memperbesar
sampai cakupan
heat affected zone (HAZ). Pengaturan
dengan
bentuk
pulsa dari trapezium
menjadi kejut turun dapat mengecilkan HAZ.
Pengelasan laser
50
Pada
lSSN 1410-8542
Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka Journal of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals Vol 15N02, Oktober 2012
Pada suhu kamar, berkas laser Nd_YAG
bentuk pulsa kejut menurun keyhole terjadi pada rata-rata daya > 4.83 W.
Penggunaan bentuk pulsa
dengan panjang gelombang 1.064 J.lm,sekitar 60%
kejut
meningkatkan
sinar datang dipantulkan oleh permukaan titanium.
menurun
juga
efisiensi
penggunaan energi laser.
Pemberian panas kejut yang tinggi dapat memacu terjadinya pelelehan lebih cepat. Karena reflektivitas
--'-t-
100
r- ....: /.... -
Ketika
L __
diturunkan lagi agar tidak banyak material yang
,
80
/;
material pada titik leleh turun secara drastis,
.,/' .i
AI
• __
jea
"'-•.---------. Rh TI
sehingga lebih banyak berkas laser yang diserap. sudah
terjadi
pelelehan
energi
laser
menguap (Garnbar 6). [5] Bentuk pulsa kejut turun menghasilkan efisiensi
20
yang
lebih
baik
bila
dibandingkan
pengaturan energi laser pada nilai yang sarna. Penggunaan pulsa kejut turun cenderung tidak
o
0.2
1.0
Wavelength
(101m)
Gambar 5. Reflektivitas titanium [5].
mengakibatkan adanya keropos, kecuali pada sampel no-7. Terjadinya keropos yang terlihat pada warna biru dibagian akhir penge\asan terjadi karena waktu fase pencairan dan pendinginan yang cukup besar yaitu 5 ms.
'JD "a
I
.I ~ .,
2.D
Gambar 6. Penyerapan kalor material
51
Evaluasi Pengelasan Laser pada Pembuatan Mikrokapsul (Diandono K. Yoga, dick)
Brakhiterapi
Laju Dosis Rendah
Tabel 3. Ringkasan data bentuk pelelehan las beda pengaturan pulsa No
KT Geometris tidak KT tidak 4T tidak ada 2,11 1,0 1,415,7 1,69 0,6 1,256,7 2,00 2,54 1,60 1,96 0,5 0,8 2,004,7 1,95 2,08 2,14 1,2 0,56 0,94 1,75 1,47 1,34 1,965,7 5,4 7,1 3,1 4,7 1,37 1,21 1,46 0,74 1,47 0,98 Tp (J)Keropos (ms) Efisiensi 5,7 Energy 4,1 0,5 1,44 5,1 Bentuk Fun pulsa power (K(%) W) bagus kurang kurang bagus
Tp= total durasi pulsa, T = trapezium,
KT= kejut turon
52
ISSN 1410-8542
Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka Journal of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals Vol 15 No 2. OkJober 2012
Hasil pengujian disajikan dalam Tabel 3 dan Tabel
'[abel 4. Hasil pengelasan dengan beda aliran gas
4. Potongan Melintang
Laju aliran
Gas
20 11min
selubung
menggunakan
pada
pengelasan
1m
gas argon, yang dipergunakan
untuk
melindungi benda kerja dari terjadinya oksidasi [12]. Pada pengelasan terjadi perubahan pelelehan benda kerja. Aliran gas selubung
ini berpengaruh
juga
terhadap laju pendinginan benda kerja. Pendinginan 18 lImin
yang terlalu cepat dapat menyebabkan
terjadinya
perubahan fase cair ke padat terlalu cepat sehingga dapat
menyebakan
sehingga
keropos
pengaruh
aliran
dengan menggunakan
15 lImin
pada
gas
benda
ini juga
pengelasan
kerja diamati
pada pengaturan
: 5 Hz, Energi laser : 1.22 J ,
parameter Frekuensi
Rata-rata daya: 6.10 W, Energi lampu: 70 J, Energi laser: 0.99 J, Efisiensi : 1.41, Daya Penuh :0.3 kW. dan diperoleh
hasil seperti pada Tabel 4.
Pada
12 lImin gambar
potongan
terlihat
bahwa
hasil pengelasan semakin
keeil
pada tabel 4
laju
aliran
gas
pendingin, semakin baik pembekuan yang terjadi. Pengaruh tembusan Kedalaman dengan
jumlah
Pengelasan daya
tembusan daya
laser
berbanding yang
jumlah
W
hingga
5.76
W
keyhole
melelehkan
sehingga hanya memperbesar
daya
tembusan
laser yang
terhadap
sebanding
diberikan.
hingga 5,76 W menghasilkan
menghasilkan
pengelasan
pulsa
dengan
Pengelasan
dengan bentuk pulsa trapesium dengan daya 3,33 W
dengan bentuk pulsa trapesium dengan
3.33
bentuk
las Kedalaman
lurns
diberikan.
pengaturan
namun tidak terjadi sampai eakupan
pengelasan
namun tidak terjadi
sampai melelehkan
hanya
eakupan
memperbesar
keyhole sehingga
heat affected zone
heat affected zone (HAZ).Pengaturan
bentuk pulsa
(HAZ).Pengaturan
dari
down
dapat
menjadi ramp down dapat mengecilkan HAZ.
kejut
bentuk pulsa kejut menurun
trapezium
mengecilkan
menjadi
HAZ.
Pada
ramp bentuk
pulsa
bentuk
pulsa
dari
rata-rata daya > 4,83 W. Penggunaan
W. Penggunaan
kejut
meningkatkan
efisiensi
penggunaan
energi
menurun
juga
penggunaan energi laser.
laser.
53
Pada
keyhole terjadi pada
menurun keyhole terjadi pada rata-rata daya > 4.83 bentuk pulsa kejut menurun juga
trapezium
bentuk pulsa
meningkatkan
efisiensi
Evaluasi Pengelasan Laser pada Pembuatan Mikrokapsul (Diandono K. Yoga, dkk)
Brakhiterapi
Laju Dosis Rendah
(gas argon) atau pengaturan durasi pulsa yang lebih lama pada fase pendinginan. Dari gambar potongan hasil las diketahui pengelasan
dengan
aliran argon 20 dan 18 I/min
terlihat adanya lobang keeil, dan tidak ditemukan pada pengelasan dengan laju aliran gas argon 15 dan 12 Vmin.
5. Bentuk pulsa trapezium (kiri) & kejut
Gambar
menurun (kanan)
Pengaruh gerakan pengelasan Pengelasan dapat dilakukan dengan dua eara yaitu
pengelasan
(gerakan
memutar
A) ataupun
terhadap
pergeseran
sumbu
z
posisi x dan y.
Gerakan memutar lebih sederhana dalam pembuatan perintah
program
g-eode
namun
Gambar
udara
yang terjebak saat perubahan fase padat
berdasarkan Perubahan bentuk pulsa dengan menambah
dimensi yang ada, perlu kelurusan terhadap sumbu yang sangat kecil yaitu < 0.0345°.
7. lobang keeil akibat gelembung
Kelurusan
durasi
ini
fase
pendinginan
berdampak
kepada
sulit dilakukan, karena itu lebih mudah melakukan
peningkatan daya laser yang keluar sehingga kurang
pengelasan dengan pergerakan posisi x dan y.
efisien.
Durasi pendinginan
2 ms eukup baik pada
penggunaan energy 1,6 J. Dari
i
dilakukan,
I
dibandingkan
~
penelitian
I
,
Gambar
6. Kelurusan
dan arab sumbu
putaran
mikro kapsul terhadap meja kerja Penyebab
keropos pengelasan Keropos
apila
perubahan
pengelasan
pada rase
pengelasan eair
menjadi
dapat
terjadi
padat
saat
terlalu singkat, sehingga ada gas yang
masih terjepak di dalam daerah pelelehan. bisa diatasi dengan mengatur
Hal ini
aliran gas selubung
54
beberapa
dipilih
pengelasan
parameter
yang
yang terbaik
hasilnya dengan pengelasan
dan hasilnya
disajikan
telah dan
sebelum
dalam Tabel 5.
ISSN 1410-8542
Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka Journal of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals Vol 15 No 2, Oktober 2012
Tabel 5. Perbandingan
hasH sebelum dan setelah
penghematan penggunaan gas argon sebesar 16,67%
pengaturan parameter las laser
dan tembusan pengelasan yang lebih dalam.
sebelum
Setelah
frekuensi : 8 Hz
frekuensi : 3 Hz
Rata-rata daya: 13,2 W
Rata-rata daya : 4,83 W
Energi laser: 1,65 J
Energi laser: 1,61 J
Daya penuh : 1,0 KW
Daya penuh : 0,5 KW
aliran gas argon: 18
aliran gas argon: 15
l/min
l/min
Pengaturan pulsa:
Pengaturan pulsa :
2,0 ms 33%
0,1 ms 80%
4,0 ms 33%
0,3 ms 80%
Implatation
2,0 ms
0,3 ms 55%
report of a coordinated
DAFTAR PUSTAKA 1. http://www.who.int/features/qa/I5/enlindex.html diunduh 21/11/2011
0%
2. DASH
of miniature
1251
Sources for The Treatment of Eye and Prostate Cancers, Final report of a coordinated
research
project IAEA- TECDOC 1512, Vienna, 2006 3. FAN, H. et al. Preparation of Theraphy
1251
seed sources for
of Prostate Cancer. Final research project IAEA-
TECDOC 1512, Vienna, 2006
4,0 ms 55% 2,0 ms
et al. Development
4. http://www.tvu.comIPNextGenTFWeb.html.
0%
diunduh tanggaI28/12/2011 5. YIH-FONG TZENG, Parametric Analysis of The Pulsed Nd:Y AG Laser Seam- Welding Process
Journal of Material Processing Technology, 102 (2000) 40 - 47, Taiwan, 2000 6. PARK,
S.J.,
Variations Adhesion,
et al., and
Laser Welding
its
application
Parameter for
plastic
Journal of eletrical Engineering &
Technology, Vol 2, No.1 pp. 112-117, Pusan, 2007. 7. MILTON
SEGIO
FERNANDES
Titanium Bentuk pulsa laser kejut menurun meningkatkan
penembusan
dapat
dan
menghemat
Sedang
pengaturan
Using
penggunaan penggunaan
energy dapat
laser. memberikan
hasH
Research, Vol. 8 No.3 pp 323-328,2005.
Nd:Y AG laser welding
penurunan
daya
sebesar
et al. Optimization of Parameter
for Sealing
Small Titanium Tube Ends, Material Science and
daya penuh sebesar 40%, penurunan rata-rata
Material
Pulse-Shaping,
8. LEE, H.K., HAN, H.S., parameter
LIMA,
Laser Beam Welding of Titanium Nitride Coated
KESIMPULAN
pemakaian
DE
Engineering A, pp 149-155, 2005
50,1%,
9. FUERSCHBACH
P.W.,
AND
EISLATION,
G.R. , Effect of Laser Spot Weld energy and 55
Evaluasi Pengelasan Laser pada Pembuatan Mikrokapsul Brakhiterapi (Diandono K. Yoga, dkk)
Duration on Melting and absorption, Science and
Laju Dosis Rendah
II. S KATAYAMA
Technology of Welding and Joining Vol 7 No.4,
Prevention
USA, 2002
hybrid
Mechanism
laserWelding,
in
YAG
Laser-MIG
Journal of Light Metal
Welding & Construction, 44 (3) pp 99-109
10.GIRISH KELKAR, Pulsed Laser Welding. WJM Technology,
et al. Pentration and Porosity
http://www.welding-consultant.com
diunduh 29 Juli 2011.
56
