Wiertarka ultradźwiękowa/dźwiękowa/korownik
Ultrasonic /Sonic Driller/Corer ( USDC ) to urządzenie wiertnicze, które wykorzystuje wibracje do wbijania wiertła w materiały, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod wiercenia . Wiertarka wykorzystuje piezoelektryczny siłownik jako źródło zasilania i wykorzystuje różne „rogi” do wibrowania lub wbijania wiertła w materiał. Prototyp wiertła został po raz pierwszy wydany przez NASA w kwietniu 2000 r., który ważył 1,5 funta (0,7 kg) i miał zdolność wiercenia półcalowych otworów w granicie przy użyciu zaledwie 10 watów mocy, podczas gdy nowoczesna wiertarka półcalowa do użytku domowego wymaga 750 watów. USDC został pierwotnie zaprojektowany, aby móc wiercić w bardzo sztywnych powierzchniach skalnych, które w przeciwnym razie zostałyby uszkodzone przez wiertło obrotowe, ale wykazał również potencjalną przydatność w dziedzinie medycyny. To specyficzne cechy wiertarki sprawiają, że jest ona idealna lub praktyczna w określonych sytuacjach.
Jak to działa
USDC jest napędzany przez piezoelektryczny siłownik stosu, który wytwarza wibracje. Siłownik wibruje z bardzo wysoką częstotliwością, co czyni go ultradźwiękowym i to właśnie te fale wibracji są przenoszone przez tubę siłownika aż do samego bitu. Wibracje powstają na siłowniku i są przenoszone przez klakson na wolną masę. Swobodna masa wibruje między trzonem wiertła a tubą siłownika, przenosząc wibracje w dół trzonu wiertła. W trzpieniu wiertła znajduje się wiertło , a wibracje wpychają wiertło w materiał. Powtarzające się uderzenia swobodnej masy w trzon wiertła wytwarzają impulsy naprężeń, które przenoszą się na końcówkę wiertła i w głąb skały. Ostatecznie powtarzające się uderzenia wiertła powodują wystarczające obciążenie powierzchni, aby ją złamać.
Struktury rogowe
Istnieją cztery podstawowe style rogów, którymi są:
- róg stożkowo-prosty - róg w kształcie stożka, przechodzący w cylindryczny czubek
- róg stożkowy - róg w kształcie stożka, ale nie dochodzący do punktu
- klakson krokowy - dwa ułożone w stos cylindry, z których drugi jest mniejszy niż pierwszy
- róg wykładniczy - róg w kształcie stożka, który dochodzi do punktu
Historia
NASA pierwotnie opracowała prototyp USDC w 2000 roku, który ważył 1,5 funta, czyli 0,7 kilograma. NASA nie omawiała dalszego rozwoju wiertła, ale wspomniała, że wiertło można jeszcze bardziej zmniejszyć, aby zmieściło się w dłoni. Drugie wiertło zostało opracowane tak, aby pasowało do Sojourner Rover , który miał głowicę wiertniczą, która ważyła tylko jeden funt, czyli 0,4 kilograma.
Bieżące zastosowania
USDC został pierwotnie zaprojektowany przez NASA do przebijania się przez skały. Wiertło zostało wyposażone w oba łaziki marsjańskie do pobierania i pobierania próbek. Jednak plany rozszerzenia zastosowań kosmicznych USCD obejmują zbieranie próbek z meteorytów. USDC nie ogranicza się jedynie do wiercenia i pobierania próbek, ponieważ wiertło może być wyposażone w czujniki do wykonywania odczytów pod powierzchnią.
Do przygotowania próbek do obserwacji TEM , takich jak płytki krzemowe, USDC służy do cięcia próbek pasujących do uchwytu TEM (średnica 3 mm).
Możliwe zastosowania
Zastosowanie USDC zostało przewidziane w medycynie, przy delikatnych operacjach lub procedurach obejmujących strukturę ludzkiego szkieletu . Operacje serca nie mogą wymagać dużej siły, która mogłaby uszkodzić narząd lub otaczającą klatkę piersiową. Niskie obciążenie osiowe USDC gwarantuje, że delikatne obszary nie zostaną uszkodzone. Wiertło widziało również możliwości wykopywania przewodów do rozruszników serca
Korzyści
Niskie zużycie energii
Ogólnie rzecz biorąc, USDC wymaga niewielkiej mocy do działania. USDC wymaga bardzo niskiego obciążenia osiowego lub siły skierowanej w dół, aby móc wiercić w twardych powierzchniach, takich jak granit, skała lub lód. Do obsługi wiertła potrzebny jest moment obrotowy bliski zeru , ponieważ nie wierci się przy użyciu tradycyjnej siły obrotowej. Dla porównania, USDC zużywa znacznie mniej energii do działania niż inne wiertła do wiercenia w twardych powierzchniach.
Odosobnienie
Ze względu na niskie obciążenie osiowe i znikomy wymagany moment obrotowy , praktyczne jest użycie wiertarki ultradźwiękowej do wytaczania tam, gdzie nie może być obecny człowiek. Wiertarka jest w stanie prawidłowo funkcjonować zarówno w ekstremalnie niskich, jak i wysokich temperaturach.
Wady
Dystrybucja gnojowicy
Ze względu na konstrukcję większości wiertarek ultradźwiękowych trudno jest wiercić znacznie powyżej cala w bardzo gęstym materiale. Wynika to z braku szlamu lub płynu chłodząco-smarującego, aby dotrzeć do wiertła w celu utrzymania go w czystości i skuteczności. Wiertła obrotowe nie doświadczają tego zjawiska tak bardzo ze względu na rowkowane ostrze tnące, które umożliwia dostęp chłodziwa do końcówki wiertła. Wiercenie ultradźwiękowe zapewnia bardzo małą tolerancję wokół wiertła, więc nie powstaje taka ścieżka.