OPTIMISASI KEKUATAN TEKAN DAN POROSITAS SEMEN TULANG BERBASIS KOMPOSIT HIDROXYAPATITE POLYMETHYLMETHACRYLATE (HA-PMMA) DENGAN METODE TAGUCHI DAN RESPON PERMUKAAN.
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
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