1 PENGARUH SUHU HEAT BED 3D BIOPRINTER TERHADAP KUAT TEKAN DAN KEKERASAN SCAFFOLD HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI SKRIPSI Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Oleh : ADHITYA PRATAMA I1414002 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2017
2
3
4 PENGARUH SUHU HEAT BED 3D BIOPRINTER TERHADAP KUAT TEKAN DAN KEKERASAN SCAFFOLD HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI Adhitya Pratama Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia Email : Aditiano89@gmail.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu heatbed 3D bioprinter terhadap kuat tekan dan kekerasan scaffold hidroksiapatit tulang sapi untuk aplikasi bone filler. BHA-Glycerin di campur dengan rasio 1 : 1, kemudian didiamkan selama 24 jam. Setelah proses homogenisasi diperoleh, Bio-Ink berbentuk slurry akan di gunakan sebagai bahan untuk 3d printer. Proses pencetakan dengan berbagai variasi suhu dilakukan dengan cara mengatur temperatur heatbed. Setelah proses pencetakan selesai, 3d scaffold hasil cetakan ditahan pada heatbed selama 10 menit sebelum diangkat. Hasil pengujian pada penelitian ini memiliki nilai kekerasan terendah sebesar 9.82 ± 0.62 VHN dan tertinggi 24.32 ± 0.99 VHN. Pengujian kuat tekan memiliki nilai terendah pada 1.62 ± 0.16 MPa dengan nilai tertinggi 5.67 ± 0.39 MPa. Pengamatan pori menggunakan mikroskop elektron. Hasilnya memperlihatkan bahwa ukuran porinya tidak jauh berbeda, yaitu ± 100 200 µm. Dalam pengamatan ini juga menunjukkan bahwa bentuk porinya adalah pori persegi. Printing Kata Kunci : Bovine Hydroxyapatite (BHA), Glycerin, Scaffold, Heat bed, 3D
5 HEAT BED 3D BIO PRINTER TEMPERATURE EFFECT TOWARD SCAFFOLD BOVINE BONE HYDROXYAPATITE COMPRESSION STRENGTH AND HARDNESS. Adhitya Pratama Mechanical Engineering Program of Engineering Faculty Sebelas Maret University Surakarta Indonesia Email : Aditiano89@gmail.com Abstract This study aimed to investigate the effect of heatbed 3D bioprinter temperature toward compressive strength and hardness bovine bone hydroxyapatite scaffold for bone filler applications. BHA-glycerin mixed with a ratio of 1 : 1, and keep it for 24 hours. After the homogenization process acquired, Bio-Ink with shaped slurry will be used as a material for 3d printer. The printing process with a temperature variation have performed by setting up heat bed temperature. After the printing process is completed, 3D scaffold was detained on the Heat bed for 10 minutes before being picked up. The test results in this study had the lowest hardness value of 9.82 ± 0.62 VHN and the highest number is 24.32 ± 0.99 VHN. The compressive strength testing has the lowest value of 1.62 ± 0.16 MPa with the highest number is 5.67 ± 0.39 MPa. Pore observation using a scanning electron microscope. The result show that the size of the pores are not much different, that is ± 100-200 µm. This observation also indicates that the pore form is square pores. Printing Keyword: Bovine Hydroxyapatite (BHA), Glycerin, Scaffold, Heat bed, 3D
6 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan tentang PENGARUH SUHU HEAT BED 3D BIOPRINTER TERHADAP KEKERASAN DAN KUAT TEKAN SCAFFOLD HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada : 1. Bapak Pudji Sanjoto, Ibu Susetyaningtyas, adek Stella Febianti dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Dr. Joko Triyono ST., M.T. dan Heru Sukanto, ST., MT. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS dan dosen pembimbing akademik. 4. Bapak Dr. Eko Surojo., ST., MT, Bapak Dodi Ariawan, ST., MT., Ph.D, dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT, selaku dosen penguji. 5. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 6. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS. 7. Kepada Bapak Yohanes Nugroho selaku dosen ATMI Surakarta yang telah banyak membantu dan memberikan saran terhadap proses pembuatan 3D Bioprinter yang penulis gunakan sebagai alat penelitian tugas akhir 8. Kepada Era Cikmaedin yang selalu menjadi pendorong semangat bagi penulis.
7 9. Teman-teman S1 Non-Reg Teknik Mesin UNS angkatan 2014 dan 2015 yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Teman-teman kontrakan RANGERS Raasyid Alfiansyah, Akhlan Nurzengky, Ismi Mahfudy, Setiawan Eka, Rizha Yusak telah menjadi sahabat dan senantiasa memberikan kritik dan saran dalam menyelesaikan tugas akhir ini 11. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas budi baik anda semuanya. Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, April 2017
8 DAFTAR ISI JUDUL... i SURAT PENUGASAN... HALAMAN PENGESAHAN... ABSTRAK... ii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan dan Manfaat... 3 1.5. Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Dasar Teori... 7 2.2.1. Hidroksiapatit... 7 2.2.2. Gliserin... 8 2.2.3. Hidroksiapatt Scaffold... 9 2.2.4. 3D Printing... 10 A. Definisi dan cara kerja 3d Printer... 10 B. Heat Bed... 11 C. Tipe Heat Bed yang digunakan... 11 2.3. Uji Kekerasan... 12 2.4. Uji Kekuatan Tekan... 13 2.5. Uji Mikroskopik... 14 2.6. Hipotesis... 14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 15 3.1. Alat dan Bahan Penelitian... 15
9 3.1.1. Alat... 15 3.1.2. Material dan Bahan... 15 3.2. Rancangan dan Skema 3D Printing... 16 3.2.1. Rancangan 3D Printer... 16 3.2.2. Skema Elektronika... 16 3.3. Prosedur Penelitian... 17 3.3.1. Tahap Pencetakan... 17 3.3.2. Variabel Penelitian... 18 3.3.3. Tahap Pengujian... 19 3.4. Metode Analisis Data... 20 3.5. Diagram Alir Penelitian... 20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 23 4.1. Hasil Pencetakan Scaffold Hidroksiapatit... 23 4.2. Analisa Uji Kekerasan Vickers (Vickers Hardness Tester)... 26 4.3. Analisa Uji Kuat Tekan (Axial Compressive Strength)... 28 4.4. Pengamatan Foto Makro Pori Scaffold Hidroksiapatit... 30 BAB V PENUTUP... 34 5.1. Kesimpulan... 34 5.2. Saran...34 DAFTAR PUSTAKA... 35 LAMPIRAN
10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Gliserol pada suhu 20 o C... 8 Tabel 3.1 Variasi Suhu Heat bed... 18 Tabel 4.1 Hasil pencetakan Scaffold Hidroksiapatit... 24
11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Umum Hidroksipatit... 8 Gambar 2.2 Struktur Mikro Hidroksipatit Scaffold... 10 Gambar 2.3 Tipe PCB heat bed untuk 3D printer... 12 Gambar 2.4 Ilustrasi pengukuran Vickers dan Dimensi Lekukan... 13 Gambar 2.5 Skema kekuatan tekan... 13 Gambar 3.1 Rancangan 3D Printer menggunakan Solidworks 2015... 16 Gambar 3.2 Skema Kontrol Elektronik Mega 2560 dengan RAMPS 1.4... 16 Gambar 3.3 Mesin uji kekerasan Vickers... 19 Gambar 3.4 Universal Testing Machine (UTM)... 19 Gambar 3.5 Mikroskop Elektron... 20 Gambar 3.6 Diagram alir... 22 Gambar 4.1 (a) Proses pencetakan scaffold dengan menggunakan 3D Printer, (b) Hasil pencetakan berupa scaffold... 24 Gambar 4.2 Diagram nilai pengujian kekerasan 3d scaffold BHA-Glycerin... 26 Gambar 4.3 Diagram nilai Pengujian Kuat Tekan 3d scaffold BHA-Glycerin... 28 Gambar 4.4 Foto makro scaffold hidroksiapatit variasi suhu 100 o C. (a) tampak atas, (b) tampak samping... 30 Gambar 4.5 Foto makro scaffold hidroksiapatit variasi suhu 80 o C. (a) tampak atas, (b) tampak samping... 30 Gambar 4.6 Foto makro scaffold hidroksiapatit variasi suhu 60 o C. (a) tampak atas, (b) tampak samping... 31 Gambar 4.7 Foto makro scaffold hidroksiapatit variasi suhu 40 o C. (a) tampak atas, (b) tampak samping... 31 Gambar 4.8 Foto makro scaffold hidroksiapatit komersial (a) tampak atas, (b) tampak samping... 31
12