Rasiono, Abdul Havidz (2023) Pengaruh Waktu Sand Blasting terhadap Kekuatan Mekanik Lapisan Polylactic Acid pada Substrat Stainless Steel 316L untuk Aplikasi Biomaterial. Sarjana thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Implan biomedis bertindak sebagai bahan pengganti dan diharapkan dapat melakukan fungsi bagian aslinya. Persyaratan utama bahan yang digunakan sebagai implan adalah kompatibilitasnya di dalam tubuh manusia. Paling umum, implan terbuat dari bahan polimer, logam, dan keramik atau kombinasi dari bahan-bahan ini. Salah satu perhatian utama dari implan logam adalah interaksi dengan jaringan inang di sekitarnya. Stainless steel 316L banyak digunakan karena keunggulannya dalam ketahanan terhadap korosi, kuat, tangguh, ulet, dan permukaannya mudah dibersihkan, namun stainless steel 316L mempunyai sifat yang kurang osteokonduktif. Maka diperlukan modifikasi pada permukaannya seperti melapisi dengan material osteokonduktif, salah satunya adalah polimer polylactic acid (PLA). Polylactic Acid (PLA), dapat membantu integrasi antara material implan dengan jaringan tubuh karena bersifat oesteokonduktif. Sebelum proses pelapisan, material stainless steel 316L dilakukan proses sand blasting untuk memberikan kekasaran permukaan. Sand blasting dilakukan dengan variasi waktu 2, 4, 6, 8, 10 menit untuk mendapatkan kekasaran permukaan yang berbeda. Selanjutnya dilakukan pengujian kekasaran permukaan pada tiap variasi waktu sand blasting. Kemudian, stainless steel 316L diberikan proses heat treatment yang dilakukan untuk mengurangi tegangan sisa yang terjadi. Proses heat treatment dilakukan pada suhu 500˚C selama 30 menit dan dilakukan pendinginan pada temperatur ruangan untuk mengurangi tegangan sisa serta untuk mencegah adanya dislokasi pada struktur stainless steel 316L. Setalah itu, proses pelapisan dapat dilakukan. Pelapisan menggunakan metode injection molding dengan suhu pelelehan PLA 180˚C dan 200˚C. Setalah dilapisi, dilakukan pengujian tarik dan pengujian impak pada spesimen untuk mengetahui pengaruh lapisan PLA pada stainless steel 316L terhadap kekuatan mekaniknya. Hasil pengujian kekasaran permukaan didapatkan bahwa, semakin lama waktu sand blasting, kekasaran permukaan akan semakin meningkat. Kekasaran permukaan ini akan mempengaruhi kelekatan antara pelapis dan substrat. Kemudian, hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa semakin meningkatnya waktu sand blasting dan meningkatnya suhu injection molding, akan mempengaruhi kekuatan tarik dan modulus elasticitynya. Selain itu, dalam pengujian impak juga demikian, dimana nilai kekuatan impaknya cenderung meningkat seiring meningkatnya waktu sand blasting dan suhu injection molding. Hal tersebut dikarenakan, meningkatnya kekasaran permukaan akan mengakibatkan gaya adhesif antara substrat dan pelapis semakin baik. Gaya adhesif yang meningkat mengakibatkan kekuatan tarik, modulus elacticity, dan kekuatan impak semakin baik akibat pendistribusian beban yang diberikan semakin merata pada spesimen. Suhu injection 200˚C mempunyai nilai kekuatan mekanik yang lebih baik dibandingkan suhu 180˚C. Hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu pelelehan PLA maka akan meminimalisir terjadi void atau rongga udara. Semakin tinggi suhu pelelehan maka akan mengurangi viskositas dari PLA, sehingga dapat mengalir lebih cepat serta melapisi seluruh permukaan substrat serta dapat terjadi penetrasi yang baik pada rongga di substrat akibat proses sand blasting, sehingga pelapis dan substrat dapat menempel dengan baik.
English Abstract
Biomedical implants act as replacement materials and are expected to perform the functions of the original part. The main requirement for materials used as implants is compatibility in the human body. Most commonly, implants are made of polymer, metal, and ceramic materials or a combination of these materials. One of the main concerns of metal implants is interaction with the surrounding host tissue. 316L stainless steel is widely used because of its superiority in corrosion resistance, strength, toughness, ductility, and easy-to-clean surface, but 316L stainless steel has less osteoconductive properties. Therefore, surface modifications are needed, such as coating with osteoconductive materials, one of which is polymer polylactic acid (PLA). Polylactic Acid (PLA), can help the integration of the implant material with body tissues because it is osteoconductive. Prior to the coating process, the 316L stainless steel material is subjected to a sand blasting process to provide surface roughness. Sand blasting was carried out with time variations of 2, 4, 6, 8, 10 minutes to obtain different surface roughness. Furthermore, the surface roughness test was carried out at each variation of sand blasting time. Then, 316L stainless steel is given a heat treatment process which is carried out to reduce the residual stress that occurs. The heat treatment process was carried out at 500˚C for 30 minutes and cooled down at room temperature to reduce residual stresses and to prevent dislocations in the 316L stainless steel structure. After that, the coating process can be done. The coating uses the injection molding method with PLA melting temperatures of 180˚C and 200˚C. After being coated, a tensile test and an impact test were carried out on the specimen to determine the effect of the PLA coating on 316L stainless steel on its mechanical strength. The results of the surface roughness test showed that the longer the sand blasting time, the surface roughness will increase. This surface roughness will affect the adhesion between the coating and the substrate. Then, the results of the tensile test show that the increasing sand blasting time and the injection molding temperature increase, will affect the tensile strength and modulus of elasticity. In addition, this is also the case in impact testing, where the value of the impact strength tends to increase with increasing sand blasting time and injection molding temperature. This is because, increasing surface roughness will result in better adhesive forces between the substrate and coating. The increased adhesive force results in better tensile strength, elastic modulus, and impact strength due to a more even distribution of the applied load on the specimen. The injection temperature of 200˚C has a better mechanical strength value than the temperature of 180˚C. This is because the higher the PLA melting temperature, the less voids or air cavities occur. The higher the melting temperature, the lower the viscosity of PLA, so that it can flow faster and coat the entire surface of the substrate and good penetration can occur in the cavities in the substrate due to the sand blasting process, so that the coating and substrate can stick well.
| Item Type: | Thesis (Sarjana) |
|---|---|
| Identification Number: | 052307 |
| Uncontrolled Keywords: | Blasting, Injection Molding, Stainless Steel 316L, PLA, Kekuatan Mekanik |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.8 Machine engineering |
| Divisions: | Fakultas Teknik > Teknik Mesin |
| Depositing User: | Unnamed user with username tunjungsari |
| Date Deposited: | 08 Jan 2024 07:30 |
| Last Modified: | 08 Jan 2024 08:02 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/206220 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
Abdul Havidz Rasiono.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2025. Download (35MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |