OPTIM ISASI KEKUATAN TEKAN DAN …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIM commit to user i ISASI KEKUATAN TEKAN DAN POROSITAS SEMEN TULANG BERBASIS KOMPOSIT HIDROXYAPATITE

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

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

2013


commit to user

ii


commit to user

iii

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

iv

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.


Angga Libera Kristianto

I0306014


commit to user

v

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

vi

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.


Penulis


commit to user

vii

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

viii

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

ix

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

2.2.2

2.2.3

Pengertian Hidroxyapatite………………………….………..

Sifat Mekanik Hidroxyapatite …………….…….…….……..

Kelebihan dan Kelemahan hidroxyapatite…………………...

II - 10

II - 11

II - 13

2.2.4 Aplikasi Hidroxyapatite sebagai bahan implant tulang….. II - 13


commit to user

x

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

2.10

Perbandingan Antara Metode Taguchi dan Response Surface

Methodology (RSM)……………………………………………..

Pemakaian Dua Alat Optimasi, Taguchi dan RSM……………..

II - 35

II - 37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tahap Identifikasi Masalah........................………………………… III - 2

3.1.1 Studi Literatur…………………………………...…..….….. III - 2

3.1.2 Penentuan Latar Belakang dan Perumusan Masalah..………..… III - 2

3.1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian.................................................... III - 3

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

3.2.3. Penentuan Orthogonal Array (OA)............................................ III - 6

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................................... III - 8


commit to user

xi

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

xii

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

xiii

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

xiv

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

xv

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

Documents

OPTIM ISASI KEKUATAN TEKAN DAN …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id OPTIM commit to user i ISASI KEKUATAN TEKAN DAN POROSITAS SEMEN TULANG BERBASIS KOMPOSIT HIDROXYAPATITE