PEMBUATAN KAWAT TITANIUM 6AL-4V ELI BERKEKUATAN TINGGI UNTUK APLIKASI di BIDANG ORTODONTI.
Tugas Akhir
PEMBUATAN KAWAT TITANIUM 6AL-4V ELI
BERKEKUATAN TINGGI UNTUK APLIKASI di
BIDANG ORTODONTI
Oleh:
WIRA FEBRIAN LASANOVA
NBP : 09 10912 140
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
2014
ABSTRAK
Kawat gigi merupakan suatu biomaterial yang digunakan untuk memperbaiki susunan
gigi yang tidak teratur. Nikel-titanium (Ni-Ti) dan baja nirkarat atau stainless steel (NiCr) merupakan biomaterial yang umum dipakai dalam pembuatan kawat gigi (beghel).
Namun kandungan Nikel pada kawat gigi ternyata bisa menimbulkan reaksi alergen yang
disebabkan oleh pelepasan ion-ion nikel (pola dan modus korosi) di dalam rongga mulut.
Salah satu paduan Titanium yaitu Ti-6Al-4V extra-low interstitial (ELI) dapat dijadikan
alternatif pilihan untuk permasalahan di atas karena tidak mengandung nikel yang
bersifat alergen. Idealnya sebuah kawat gigi harus memiliki kekuatan tinggi melebihi
kekuatan geser gigi, untuk itu diperlukan Ti-6Al-4V ELI dengan kekuatan yang lebih
tinggi.
Pada penelitian ini kawat gigi (beghel) diproduksi dengan proses wire drawing secara
bertahap. Untuk mengevaluasi proses tersebut, maka dilakukan pemeriksaan kekuatan
tarik pada mesin uji COM-TEN, kekerasan mikro pada mesin uji Shimadzu Micro
Hardness Tester Type M, dan pemeriksaan struktur mikro pada mikroskop Optik
Olympus GX71. Dari penelitian yang telah dilakukan yaitu wire drawing dengan reduksi
area bertahap dimulai dari reduksi 19 %, 35 %, 53 %, dan 64 %, diperoleh kekuatan
tertinggi pada reduksi area 64 %. Begitupun dengan nilai kekerasan, kekerasan tertinggi
berada pada sampel yang mengalami reduksi area 64 %. Sedangkan struktur mikronya,
alpha primer mengalami perubahan bentuk jadi lebih memanjang setiap peningkatan
reduksi area yang diberikan.
Kata kunci : kawat gigi, Titanium 6Al-4V ELI, wire drawing ,reduksi area, kekuatan
tarik, kekerasan, struktur mikro, dan alpha primer
i
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kawat gigi merupakan biomaterial yang digunakan untuk memperbaiki susunan
gigi yang tidak teratur. Sebagai komponen yang digunakan dalam tubuh manusia,
kawat gigi hendaknya memiliki karateristik berkekuatan tinggi, kelentingan
tinggi, ketahanan terhadap korosi, serta biokompatibilitas yang bagus. Nikeltitanium (Ni-Ti) dan baja nirkarat atau stainless steel (Ni-Cr) merupakan
biomaterial yang umum dipakai dalam pembuatan kawat gigi. Nikel-titanium
memiliki kekuatan 1500 MPa dan stainless steel memiliki kekuatan 1850 MPa
[1,2]. Namun kandungan Nikel pada kawat gigi ternyata bisa menimbulkan reaksi
alergen yang disebabkan oleh pelepasan ion-ion nikel (pola dan modus korosi) di
dalam rongga mulut. Sekitar 10% populasi dari pasien ortodonti menunjukan
alergi terhadap nikel. Reaksi alergi yang pernah dilaporkan bervariasi, yaitu mulai
dari edema lidah, edema bibir, mouth lining dan anafilaksis [3,4].
Untuk mengatasi permasalahan alergi oleh Nikel, paduan berbasis Titanium dapat
diusulkan sebagai material kawat gigi. Salah satu Titanium paduan tersebut adalah
titanium bebas Nikel dan berfasa α+β, dengan komposisi 6% alumunium-4%
Vanadium yaitu Ti-6Al-4V extra-low interstitial (ELI). Ti-6Al-4V ELI
merupakan jenis Titanium dengan kandungan oksigen sangat rendah dan memiliki
kekuatan 878 MPa. Idealnya sebuah kawat gigi harus memiliki kekuatan tinggi
melebihi kekuatan geser gigi. Untuk itu diperlukan Ti-6Al-4V ELI dengan
kekuatan yang lebih tinggi.
1.2
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan kawat Titanium 6Al-4V ELI dengan kekuatan tinggi.
2. Mendapatkan kurva tegangan alir (flow stress diagram) dari Titanium 6Al4V ELI.
3. Melihat hubungan antara kekuatan dengan struktur mikro.
Wira Febrian L. 09 10912 140
1
Pendahuluan
1.3
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Menyediakan kawat gigi bebas nikel dari Titanium 6Al-4V ELI yang tidak
menimbulkan efek alergi pada tubuh.
2. Dengan kekuatan yang besar, ukuran diameter kawat gigi bisa lebih
diperkecil.
1.4
Lingkup Masalah
Adapun lingkup masalah dari penelitian ini adalah:
1. Penguatan material yang dilakukan terhadap Ti-6Al-4V ELI dalam
penelitian ini adalah melalui proses produksi kawat dengan prosedur wire
drawing. Wire drawing dilakukan secara bertahap untuk mengurangi
diameter Ti-6Al-4V ELI.
2. Sifat mekanik yang ditingkatkan pada penelitian ini adalah kekuatan tarik,
sedangkan modulus elastisitas (E) dianggap konstan.
I.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut:
BAB I
Pendahuluan memuat latar belakang, tujuan penelitian, manfaat
penelitian, batasan masalah penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II
Tinjauan Pustaka untuk menguraikan referensi yang mendukung topik
penelitian.
BAB III Metodologi Penelitian untuk mendefinisikan tahapan dan prosedur
penelitian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan untuk mengevaluasi hasil penelitian yang
meliputi proses wire drawing, serta pengujian mekanik dan struktur mikro yang
dilakukan.
BAB V
Kesimpulan dan Saran untuk menyimpulkan hasil penelitian yang
dilakukan dan menghasilkan rekomendasi scientefik.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Wira Febrian L. 09 10912 140
2
PEMBUATAN KAWAT TITANIUM 6AL-4V ELI
BERKEKUATAN TINGGI UNTUK APLIKASI di
BIDANG ORTODONTI
Oleh:
WIRA FEBRIAN LASANOVA
NBP : 09 10912 140
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
2014
ABSTRAK
Kawat gigi merupakan suatu biomaterial yang digunakan untuk memperbaiki susunan
gigi yang tidak teratur. Nikel-titanium (Ni-Ti) dan baja nirkarat atau stainless steel (NiCr) merupakan biomaterial yang umum dipakai dalam pembuatan kawat gigi (beghel).
Namun kandungan Nikel pada kawat gigi ternyata bisa menimbulkan reaksi alergen yang
disebabkan oleh pelepasan ion-ion nikel (pola dan modus korosi) di dalam rongga mulut.
Salah satu paduan Titanium yaitu Ti-6Al-4V extra-low interstitial (ELI) dapat dijadikan
alternatif pilihan untuk permasalahan di atas karena tidak mengandung nikel yang
bersifat alergen. Idealnya sebuah kawat gigi harus memiliki kekuatan tinggi melebihi
kekuatan geser gigi, untuk itu diperlukan Ti-6Al-4V ELI dengan kekuatan yang lebih
tinggi.
Pada penelitian ini kawat gigi (beghel) diproduksi dengan proses wire drawing secara
bertahap. Untuk mengevaluasi proses tersebut, maka dilakukan pemeriksaan kekuatan
tarik pada mesin uji COM-TEN, kekerasan mikro pada mesin uji Shimadzu Micro
Hardness Tester Type M, dan pemeriksaan struktur mikro pada mikroskop Optik
Olympus GX71. Dari penelitian yang telah dilakukan yaitu wire drawing dengan reduksi
area bertahap dimulai dari reduksi 19 %, 35 %, 53 %, dan 64 %, diperoleh kekuatan
tertinggi pada reduksi area 64 %. Begitupun dengan nilai kekerasan, kekerasan tertinggi
berada pada sampel yang mengalami reduksi area 64 %. Sedangkan struktur mikronya,
alpha primer mengalami perubahan bentuk jadi lebih memanjang setiap peningkatan
reduksi area yang diberikan.
Kata kunci : kawat gigi, Titanium 6Al-4V ELI, wire drawing ,reduksi area, kekuatan
tarik, kekerasan, struktur mikro, dan alpha primer
i
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kawat gigi merupakan biomaterial yang digunakan untuk memperbaiki susunan
gigi yang tidak teratur. Sebagai komponen yang digunakan dalam tubuh manusia,
kawat gigi hendaknya memiliki karateristik berkekuatan tinggi, kelentingan
tinggi, ketahanan terhadap korosi, serta biokompatibilitas yang bagus. Nikeltitanium (Ni-Ti) dan baja nirkarat atau stainless steel (Ni-Cr) merupakan
biomaterial yang umum dipakai dalam pembuatan kawat gigi. Nikel-titanium
memiliki kekuatan 1500 MPa dan stainless steel memiliki kekuatan 1850 MPa
[1,2]. Namun kandungan Nikel pada kawat gigi ternyata bisa menimbulkan reaksi
alergen yang disebabkan oleh pelepasan ion-ion nikel (pola dan modus korosi) di
dalam rongga mulut. Sekitar 10% populasi dari pasien ortodonti menunjukan
alergi terhadap nikel. Reaksi alergi yang pernah dilaporkan bervariasi, yaitu mulai
dari edema lidah, edema bibir, mouth lining dan anafilaksis [3,4].
Untuk mengatasi permasalahan alergi oleh Nikel, paduan berbasis Titanium dapat
diusulkan sebagai material kawat gigi. Salah satu Titanium paduan tersebut adalah
titanium bebas Nikel dan berfasa α+β, dengan komposisi 6% alumunium-4%
Vanadium yaitu Ti-6Al-4V extra-low interstitial (ELI). Ti-6Al-4V ELI
merupakan jenis Titanium dengan kandungan oksigen sangat rendah dan memiliki
kekuatan 878 MPa. Idealnya sebuah kawat gigi harus memiliki kekuatan tinggi
melebihi kekuatan geser gigi. Untuk itu diperlukan Ti-6Al-4V ELI dengan
kekuatan yang lebih tinggi.
1.2
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan kawat Titanium 6Al-4V ELI dengan kekuatan tinggi.
2. Mendapatkan kurva tegangan alir (flow stress diagram) dari Titanium 6Al4V ELI.
3. Melihat hubungan antara kekuatan dengan struktur mikro.
Wira Febrian L. 09 10912 140
1
Pendahuluan
1.3
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Menyediakan kawat gigi bebas nikel dari Titanium 6Al-4V ELI yang tidak
menimbulkan efek alergi pada tubuh.
2. Dengan kekuatan yang besar, ukuran diameter kawat gigi bisa lebih
diperkecil.
1.4
Lingkup Masalah
Adapun lingkup masalah dari penelitian ini adalah:
1. Penguatan material yang dilakukan terhadap Ti-6Al-4V ELI dalam
penelitian ini adalah melalui proses produksi kawat dengan prosedur wire
drawing. Wire drawing dilakukan secara bertahap untuk mengurangi
diameter Ti-6Al-4V ELI.
2. Sifat mekanik yang ditingkatkan pada penelitian ini adalah kekuatan tarik,
sedangkan modulus elastisitas (E) dianggap konstan.
I.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut:
BAB I
Pendahuluan memuat latar belakang, tujuan penelitian, manfaat
penelitian, batasan masalah penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II
Tinjauan Pustaka untuk menguraikan referensi yang mendukung topik
penelitian.
BAB III Metodologi Penelitian untuk mendefinisikan tahapan dan prosedur
penelitian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan untuk mengevaluasi hasil penelitian yang
meliputi proses wire drawing, serta pengujian mekanik dan struktur mikro yang
dilakukan.
BAB V
Kesimpulan dan Saran untuk menyimpulkan hasil penelitian yang
dilakukan dan menghasilkan rekomendasi scientefik.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Wira Febrian L. 09 10912 140
2