Optimasi Proses Injection Molding Dengan Simulasi Perilaku Mekanik Dalam Pembuatan Bone Screw Berbasis Polimer Biodegradable

Sekrup tulang (Bone Screw) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menyambung tulang yang mengalami patah melalui proses operasi. Pada umumnya bahan sekrup tulang berasal dari logam, namun sekarang dikembangkan sekrup tulang berbahan polimer biodegradable. Polimer biodegradable memiliki kelebihan dapat menguraikan dirinya sendiri sehinggga tidak memerlukan operasi untuk mengambil sekrup tulang. Selama ini polimer biodegradable seperti PLA dan PGA telah banyak digunakan sebagai bahan sekrup tulang sedangkan PMMA dan PVOH belum ada penelitian yang dilakukan pada material tersebut. Penelitian ini menggunakan bahan PLA, PGA, PMMA dan PVOH dengan parameter proses yang berbeda guna mengetahui pengaruh material dan parameter prosesnya serta dibuktikan dengan analisa kekuatan struktur tiap materialnya. Parameter proses yang digunakan dalam penelitian ini antara lain suhu cetakan (mold temperature) untuk PLA (20oC, 23,3oC, 26,7oC, 30oC), PGA (60oC, 93,3oC, 126,7oC, 160oC), PMMA (35oC, 50oC, 65oC, 80oC), PVOH (60oC, 66,7oC,
73,3oC, 80oC), suhu leleh (melt temperature) untuk PLA (145oC, 160oC, 175oC, 190oC) PGA (220oC, 236,7oC, 253,3oC, 270oC), PMMA (240oC, 253,3oC, 266,7oC, 280oC), PVOH (220oC,
226,7oC, 233,3oC, 240oC), waktu injeksi (injection time) untuk PLA (2 detik, 4 detik, 6 detik,
8 detik), PGA ((2 detik, 4 detik, 6 detik, 8 detik), PMMA (2 detik, 4 detik, 6 detik, 8 detik), PVOH (2 detik, 4 detik, 6 detik, 8 detik), waktu pendinginan (cooling time) untuk PLA (4 detik,
8 detik, 12 detik, 16 detik), PGA (4 detik, 8 detik, 12 detik, 16 detik), PMMA (4 detik, 8 detik,
12 detik, 16 detik), PVOH (4 detik, 8 detik, 12 detik, 16 detik). Metodologi penelitian dimulai dengan pembuatan produk menggunakan Autodesk Inventor dan dilanjutkan dengan simulasi proses injeksi menggunakan Autodesk Moldflow untuk mendapatkan nilai warpage dan shrinkage. Setelah mendapatkan faktor dan level optimal melalui metode Taguchi – TOPSIS kemudian diakhiri dengan simulasi kekuatan mekanik menggunakan Autodesk Simulation Mechanical untuk mendapatkan nilai Von-misses stress dan safety factor. Dari optimasi multi respon didapatkan nilai optimal suhu cetakan (mold temperature) PLA 30oC, PGA 60oC, PMMA 65oC, PVOH 66,7oC, suhu leleh (melt temperature) PLA 145oC, PGA 220oC, PMMA
240oC, PVOH 233,3oC, waktu injeksi (injection time) PLA 6 detik, PGA 6 detik, PMMA 8
detik, PVOH 8 detik, waktu pendinginan (cooling time) PLA 8 detik, PGA 12 detik, PMMA 8 detik, PVOH 16 detik. Simulasi injection molding mendapatkan nilai optimal warpage PLA
1,119 mm, PGA 1,119 mm, PMMA 1,118 mm, PVOH 1,120 mm. Simulasi kekuatan mekanik mendapatkan nilai Von misses stress PLA 821,7383 N/mm2, PGA 3434,306 N/mm2, PMMA
46790,83 N/mm2, PVOH 8002,26  N/mm2 dan nilai Safety factor PLA 2,8575, PGA 1,5327, PMMA 0,2204, PVOH 0,8714. Hasil analisa pada penelitian ini membuktikan adanya pengaruh defect terhadap kekuatan material. Nilai Von misses stress tertinggi terdapat pada material PMMA sebesar 46790,83 N/mm2, terendah pada material PLA sebesar 821,7383
N/mm2 sedangkan Safety factor tertinggi terdapat pada material PLA sebesar 2,8575, terendah pada material PMMA sebesar 0,2204.

Kata Kunci: Sekrup tulang, polimer biodegradable, simulasi, injection molding, metode
Taguchi-TOPSIS, defect, analisa struktur.