perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
OPTIMISASI KEKUATAN TEKAN DAN POROSITAS SEMEN TULANG BERBASIS KOMPOSIT HIDROXYAPATITE POLYMETHYLMETHACRYLATE (HA-PMMA) DENGAN METODE TAGUCHI DAN RESPON PERMUKAAN
Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ANGGA LIBERA KRISTIANTO I 0306014
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET commit to user 2013 i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik UNS yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: Angga Libera Kristianto
NIM
: I 0306014
Judul tugas akhir
: Optimisasi Kekuatan Tekan dan Porositas Semen Tulang Berbasis Komposit Hidroxyapatite Polymethylmethacrylate (HA-PMMA) dengan
Metode
Taguchi
dan Respon
Permukaan. Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti Tugas Akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil plagiat dari karya orang lain maka Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila di kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala konsekuensinya.
Surakarta, 07 Oktober 2013
Angga Libera Kristianto I0306014
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini, Nama
: Angga Libera Kristianto
NIM
: I 0306014
Judul tugas akhir
: Optimisasi Kekuatan Tekan dan Porositas Semen Tulang Berbasis Komposit Hidroxyapatite Polymethylmethacrylate (HA-PMMA) dengan Metode
Taguchi
dan Respon
Permukaan. Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surakarta, 07 Oktober 2013
Angga Libera Kristianto I0306014
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam tak lupa penulis haturkan untuk Nabi Muhammad SAW. Dengan
segenap
ketulusan
dan
kerendahan
hati,
penulis
ingin
mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak dan Ibu tercinta yang selalu memberikan perhatian, kasih sayang, dukungan dan doa, sehingga penulis selalu bersemangat untuk segera menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Industri, terima kasih atas segala bantuannya selama ini. 3. Bapak Dr. Eko Pujianto, SSI, MT, selaku Dosen pembimbing I, terima kasih atas bimbingan, motivasi, waktu, kesabaran dan segala bantuan kepada penulis. 4. Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, motivasi, waktu, dan kesabaran yang telah diberikan hingga terselesaikannya skripsi ini. 5. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT, dan Bapak Taufiq Rohman STP, MT, selaku dosen penguji yang telah berkenan memberikan saran dan bimbingan perbaikan untuk skripsi ini. 6. Ibu Munifah, MSIE, MT selaku pembimbing akademik yang telah penulis anggap seperti ibu saat kuliah. Terima kasih untuk segala bantuan, semangat dan nasehatnya selama ini. 7. Seluruh dosen Teknik Industri UNS yang telah memberikan ilmu dan pengalaman dan nasehatnya selama penulis mengikuti proses perkuliahan di Teknik Industri UNS. 8. TU-TI : Mbak Yayuk, Mbak Tutik dan Mbak Rina atas kesabaran setiap kali penulis mengurus administrasi di jurusan. 9. Seluruh teman-teman TI 2006 dan 2007, terima kasih atas kebersamaan dan kesetiakawanannya.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
10. Special thanks to Sri Puji Handayani / Jawaniz Silalahi untuk semangat dan doanya selama ini, semoga Alloh SWT selalu memberkahi kita berdua. 11. Teman teman di rumah, Anjar, Rizal, Azhari, Uje, Andi, Avin dll, makasih untuk dukungan dan bantuannya selama kuliah. 12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas segala bantuan, doa, dorongan dan pertolongan yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih jauh dari sempurna dan banyak memiliki kekurangan. Oleh karena itu penulis membuka diri atas segala kritik, masukan dan saran yang membangun. Semoga laporan skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, 07 Oktober 2013
Penulis
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK Angga Libera Kristianto, NIM : I 0306014. OPTIMISASI KEKUATAN TEKAN DAN POROSITAS SEMEN TULANG BERBASIS KOMPOSIT HYDROXYAPATITE POLYMETHYLMETHACRYLATE (HA-PMMA) DENGAN METODE TAGUCHI DAN RESPON PERMUKAAN. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Desember 2013. Hydroxyapatite Polymethylmethacrylate (HA-PMMA) merupakan salah satu komposit biomaterial yang dapat digunakan sebagai bahan pembuatan semen tulang (bone cement) yang berfungsi sebagai bone filler untuk restorasi (perbaikan) tulang manusia. Komposit ini memiliki kelebihan yaitu tingkat kekerasan dan mechanical load yang tinggi serta kompatibel dengan tulang manusia. Penelitian ini bertujuan untuk mencari setting level faktor optimal dalam pembuatan semen tulang berdasarkan dari diametral tensile strength dan porositas yang mendekati karakteristik tulang manusia. S/N ratio pada Metode Taguchi digunakan untuk menghitung penyimpangan karakteristik kualitas dan nilai tujuan (mean). Rata-rata normalisasi bobot S/N ratio untuk masing-masing respon yang dihasilkan merupakan setting level optimal dari setting faktor yang diberlakukan dalam eksperimen. Selain itu, untuk membantu secara visual kondisi optimal suatu respon, digunakan metode response surface. Berdasarkan hasil eksperimen, diperoleh nilai setting level optimal untuk Metode Taguchi pada saat kondisi faktor persentase HA terhadap PMMA sebesar 10%, suhu sintering 150°C dan waktu sintering sebesar 75 menit. Sedangkan pada metode Response Surface Methodology, setting optimal pada kondisi faktor persentase HA terhadap PMMA sebesar 10%, suhu sintering 141,38°C, dan waktu sintering sebesar 89,9998 menit. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif bahan biomaterial pembuatan semen tulang di Indonesia. Kata Kunci : kanker tulang, semen tulang, kekuatan tekan diametral (DTS) hydroxyapatite polymethtlmethacrylate (HA-PMMA), porositas, Metode Taguchi, , Response Surface Methodology (RSM). xv + 91 halaman, 18 gambar, 23 tabel, 5 Lampiran, 21 persamaan Daftar pustaka : 45 (1960-2013)
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT Angga Libera Kristianto, NIM : I 0306014. OPTIMIZATION OF DIAMETRAL TENSILE STRENGTH AND POROSITY FOR BONE CEMENT BASED ON HYDROXYAPATITE POLYMETHYL METHACRYLATE (HA-PMMA) COMPOSITE USING TAGUCHI METHOD DAN RESPONSE SURFACE. Thesis. Surakarta : Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Desember 2013. Hydroxyapatite Polymethtlmethacrylate (HA-PMMA) was one of the composite biomaterial that can be used as material for bone cement which serves as a bone filler for bone restoration (repair) of human bone. The advantages of this composite is hardness and have a high mechanical load and compatible with human bones. This study aims to find the optimal factor level settings in the manufacture of bone cement based on diametral tensile strength and porosity which approaching the characteristics of human bone. S/N ratio on the Taguchi method is used to calculate the deviation of quality characteristic of objective value (mean). The average of normalized weight of the S/N ratio for each response that is generated, is an optimal setting level of factor level setting that apply in the experiment. In addition, to visually help determined optimal conditions of a response, response surface method is used. Based on the experiment result, the optimal level setting for the Taguchi method is obtained when the condition factor percentage of HA to PMMA is 10%, sintering temperature is 150°C and the sintering time is 75 minutes. While in response surface methods, optimal setting is obtained when the condition factor percentage of HA to PMMA is 10%, sintering temperature is 141,38°C and the sintering time is 89,9998 minutes. This research is expected to provide an alternative bone cement material in Indonesia.
Keyword : osteosarcoma, bone cement, hydroxyapatite polymethtlmethacrylate (HA-PMMA), diametral tensile strength,porosity,Taguchi Method, response surface methodology (RSM). xv + 91 pages, 18 pictures, 23 tables, 5 appendixes, 21 equations Bibliograpy : 45 (1960-2013)
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL……………………………………………………………..
i
LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………...
ii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH……………….
iii
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH……………………
iv
KATA PENGANTAR……………………………………………………………
v
ABSTRAK………………………………………………………………………..
vii
ABSTRACT………………………………………………………………………
viii
DAFTAR ISI …………………………………………………………………….
ix
DAFTAR TABEL………………………………………………………………..
xii
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………….
xiii
DAFTAR PERSAMAAN………………………………………………………..
xiv
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………………..
xv
BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang……………………………………………..………..I - 1 1.2. Perumusan Masalah…………………………………….….……… I - 4 1.3. Tujuan Penelitian……………………………………...…………….... I - 4 1.4. Manfaat Penelitian………………………………………….………… I - 5 1.5. Batasan Penelitian…………………………………………………...I - 5 1.6. Asumsi Penelitian………………………..……………….…...…… I - 5 1.7 Sistematika Penulisan………………………………………………… I - 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tulang…………………………………………………………...... II - 1 2.1.1 Definisi Tulang……………………………………………… II - 1 2.1.2 Kanker Tulang (Osteosarcoma)…….……………………….. II - 2 2.1.3 Semen Tulang (Bone Cement)….……………………………. II - 6 2.1.4 Aplikasi bone cement sebagai bone filler………………….… II - 7 2.2 Hidroxyapatite (HA)…………………………. ………………….. II - 10 2.2.1 Pengertian Hidroxyapatite………………………….……….. II - 10 2.2.2 Sifat Mekanik Hidroxyapatite …………….…….…….…….. II - 11 2.2.3 Kelebihan dan Kelemahan hidroxyapatite…………………... II - 13 2.2.4 Aplikasi Hidroxyapatite sebagai bahan implant tulang….. commit to user
ix
II - 13
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.3 Polymethylmethacrylate (PMMA)……………………………….. II - 14 2.3.1 Karakteristik PMMA……………………………………….
II - 14
2.3.2 Kelebihan dan Kekurangan PMMA sebagai implan tulang
II - 15
2.4 Sintering…………………………………………………………... II - 16 2.5 Diametral Tensile Strength (DTS)…………………..……………. II - 18 2.6 Densitas dan Porositas……………………………………………. II - 20 2.6.1 Densitas…………………………………………………….. II - 20 2.6.1 Porositas……………………………………………………. II - 22 2.7 Metode Taguchi……………………………………..….……….…. II - 24 2.7.1 Optimasi setting Level kasus Multirespon pada Metode Taguchi …………………………………………….………. II - 26 2.7.2 Penentuan Faktor berpengaruh untuk Kasus Multirespon Pada Metode Taguchi………………………………………
II - 30
2.7.3 Filosofi dan Kelebihan dari Metode Taguchi……….……..
II - 31
2.8 Respone Surface Methodology (RSM)..…………….…………...
II - 32
2.8.1 Kelebihan Response Surface Methodology (RSM)………...
II - 35
2.9
Perbandingan Antara Metode Taguchi dan Response Surface Methodology (RSM)…………………………………………….. II - 35
2.10 Pemakaian Dua Alat Optimasi, Taguchi dan RSM……………..
II - 37
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tahap Identifikasi Masalah........................…………………………III - 2 3.1.1 Studi Literatur…………………………………...…..….….. III - 2 III - 2 3.1.2 Penentuan Latar Belakang dan Perumusan Masalah..………..… III - 3 3.1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian.................................................... 3.2. Tahap Perancangan Eksperimen....................................................... III - 3 3.2.1. Identifikasi Karakteristik Kualitas Semen Tulang................ III - 4 3.2.2. Penentuan Setting Level masing-masing Faktor.................. III - 4 III - 6 3.2.3. Penentuan Orthogonal Array (OA)............................................ 3.3. Tahap Pelaksanaan Eksperimen....................................................... III - 6 3.3.1. Persiapan Eksperimen..............................................................III - 6 3.3.2. Pelaksanaan Eksperimen Pembuatan Spesimen..................
III - 7
3.4. Tahap Pengumpulan dan Pengolahan Data................................... commit to user
III - 8
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.4.1. Pengujian Hasil Eksperimen dan Pendataan Hasil...................III - 8 3.4.2. Optimasi Setting Level............................................................ III - 9 3.4.3 Penentuan Faktor Berpengaruh................................................ III -10 3.5. Tahap Analisis Interpretasi Hasil dan Kesimpulan...........................III - 10 3.5.1. Analisis dan Interpretasi Hasil................................................ III - 10 3.5.2. Kesimpulan dan Saran............................................................. III - 11 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1. Pengumpulan Data………………………………………………….IV - 1 4.1.1 Setting Level Faktor berpengaruh……………………………IV - 1 4.1.2 Penentuan Orthogonal Array…………………………………IV - 3 4.1.3 Hasil Pengukuran Spesimen…………………………………..IV - 4 4.1.4 Hasil Pengujian Spesimen……………………………………IV - 6 4.2. Pengolahan Data Hasil Eksperimen……………………………….… IV - 8 4.2.1 Optimasi Setting Level……………………….………………….IV - 8 4.2.2 Penentuan Faktor Berpengaruh………………………………IV - 28 BAB V
ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL 5.1. Analisis Hasil Eksperimen……………………………………….…V - 1 5.1.1 Analisis perbandingan hasil optimal diametral tensile strength dengan penelitian sebelumnya………………….. V - 3 5.1.2 Analisis tentang porositas dan diametral tensile strength pada komposit…………………………………………….. V - 4 5.2. Analisis Setting Level Optimal …………………………………. V - 5 5.2.1 Analisis Setting Level Optimal dengan Metode Taguchi….....V - 5 5.2.2 Analisis Setting Level Optimal dengan Metode Response Surface…………………………………………..................... V - 6 5.2.3 Analisis Perbandingan Setting Level Optimal………………… V - 8 5.3 Analisis Faktor Berpengaruh……………………………………….V - 9
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan………………………………………………..…………. VI - 1 6.2. Saran……………………………………………………………… VI - 1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Relative mass and density for arm, forearm, leg, and foot based on data from six embalmed cadavers .......................................................II - 22
Tabel 2.2
Orthogonal Array L8(27) ....................................................................II - 26
Tabel 2.3
Inner and outer array ..........................................................................II - 26
Tabel 2.4
Anticipated improvement.....................................................................II - 29
Tabel 4.1
Setting Level Faktor Terkendali .........................................................IV - 1
Tabel 4.2
Matriks ortogonal L25(56) ....................................................................IV - 3
Tabel 4.3
Matriks ortogonal inner array dan outer array ...................................IV - 4
Tabel 4.4
Ukuran diameter dan tebal spesimen ..................................................IV - 5
Tabel 4.5
Massa dan volume spesimen ...............................................................IV - 5
Tabel 4.6
Hasil pengujian diametral tensile strength..........................................IV - 6
Tabel 4.7
Hasil perhitungan respon porositas .....................................................IV - 7
Tabel 4.8
Hasil perhitungan signal to noise ratio diametral tensile strength .....IV - 10
Tabel 4.9
Hasil perhitungan signal to noise ratio respon porositas ....................IV - 12
Tabel 4.10 Hasil perhitungan rata-rata S/N Ratio masing-masing level faktor untuk masing-masing respon...............................................................IV - 13 Tabel 4.11 Hasil perhitungan weight level faktor untuk masing-masing respon ..IV - 14 Tabel 4.12 Data input software Design Expert .....................................................IV - 15 Tabel 4.13 Hasil output Design Expert for fitting model respon diametral tensile strength ....................................................................................IV - 16 Tabel 4.14 Hasil output Design Expert for ANOVA respon diametral tensile strength................................................................................................IV – 17 Tabel 4.15 Hasil output Design Expert for fit Summary respon porositas ............IV – 20 Tabel 4.16 Hasil output Design Expert for ANOVA respon porositas...................IV – 21 Tabel 4.17 Hasil output Design Expert numerical optimization ...........................IV – 24 Tabel 4.18 Point Prediction ..................................................................................IV – 27 Tabel 4.19 Confirmation Report............................................................................IV – 28
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar
2.1 Kanker Tulang (Osteosarcoma) .......................................................II - 2
Gambar
2.2 Vertebraplasty ..................................................................................II - 8
Gambar
2.3 Kyphoplasty .....................................................................................II - 8
Gambar
2.4 Vesselplasty .....................................................................................II - 9
Gambar
2.5 Struktur Kimia Hidroksiapatit .........................................................II - 11
Gambar
2.6 Serbuk Hidroksiapatit ......................................................................II - 12
Gambar
2.7 Struktur Kimia PMMA ....................................................................II - 14
Gambar
2.8 Serbuk PMMA .................................................................................II - 15
Gambar
2.9 Diametral Tensile Strength ..............................................................II - 18
Gambar
2.10 Alat Uji Diametral Tensile Strength ................................................II - 19
Gambar
2.11 Countour Plot Respone Surface.......................................................II - 33
Gambar
2.12 Global dan local optimum permukaan respon.................................II - 36
Gambar
3.1 Metodologi Penelitian .....................................................................III - 1
Gambar
4.1 Normal Plot, Contour plot and response surface plot kualitas diametral tensile strength pada waktu 90 menit .............................IV – 19
Gambar
4.2 Normal Plot, Contour plot and response surface plot respon porositas pada waktu 90 menit .........................................................IV – 23
Gambar
4.3 Ramps ..............................................................................................IV – 25
Gambar
4.4 Bar Graph ........................................................................................IV – 25
Gambar
4.5 Contour plot and response surface plot desirability .......................IV – 27
commit to user
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan 2.1 Diametral Tensile Strength ..............................................................II - 19 Persamaan 2.2 Densitas Massa .................................................................................II - 20 Persamaan 2.3 Berat Spesifik ...................................................................................II - 20 Persamaan 2.4 Porositas ...........................................................................................II - 22 Persamaan 2.5 Porositas relatif komposit.................................................................II - 24 Persamaan 2.6 Porositas massa ................................................................................II - 24 Persamaan 2.7 Notasi Orthogonal Arrray ................................................................II - 25 Persamaan 2.8 Smaller-the-better (STB) ..................................................................II - 27 Persamaan 2.9 Large-The-Better (LTB) ...................................................................II - 27 Persamaan 2.10 Nominal-The-Best (NTB) .................................................................II - 28 Persamaan 2.11 Signed target (ST) ............................................................................II - 28 Persamaan 2.12 Fraction Defective (FD) ...................................................................II - 28 Persamaan 2.13 Nilai wjlk (weight) untuk Karakteristik Kualitas STB .......................II - 29 Persamaan 2.14 Nilai wjlk (weight) untuk Karakteristik Kualitas LTB dan NTB ........II - 29 Persamaan 2.15 Normalisasi SN ratio large-the-better (LTB) ...................................II - 30 Persamaan 2.16 Normalisasi SN ratio smaller-the-better (STB) ...............................II - 30 Persamaan 2.17 Normalisasi SN ratio nominal-the-best (NTB) .................................II - 31 Persamaan 2.18 Model Response Surface Berorder Satu...........................................II - 33 Persamaan 2.19 Model Response Surface Berorder Dua ...........................................II - 33 Persamaan 2.20 Response Model Berorder Satu ........................................................II - 34 Persamaan 2.21 Fungsi Objektif Desirability ............................................................II - 34
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Alat-alat Pendukung Eksperimen ...........................................................L - 1 Lampiran 2 Bahan-bahan Pendukung Eksperimen ....................................................L - 5 Lampiran 3 Dokumentasi Pelaksanaan Eksperimen ..................................................L - 6 Lampiran 4 Pengujian Eksperimen ............................................................................L - 9 Lampiran 5 Hasil Lengkap Software Design Expert 8-(RSM) .................................L - 10
commit to user
xv
