Ultraljuds/ljudsborrare/borrborrare
Ultrasonic /Sonic Driller/Corer ( USDC ) är en borranordning som använder vibrationer för att hamra sin bit genom material, i motsats till traditionella borrmetoder . Borren använder ett piezoelektriskt manöverdon som sin kraftkälla och använder en mängd olika "horn" för att vibrera, eller hamra, sin bit genom materialet. En prototyp av borren släpptes för första gången av NASA i april 2000, som vägde 1,5 lb. (0,7 kg) och hade kapacitet att borra halvtumshål i granit med endast 10 watts effekt, medan det moderna hushållet halvtums borrmaskin kräver 750 watt. USDC designades ursprungligen för att kunna borra genom mycket styva bergytor som annars skulle skadas av en roterande borr, men har också visat potentiell användbarhet inom medicinområdet. Det är borrens specifika egenskaper som gör den idealisk eller praktisk för vissa situationer.
Hur det fungerar
USDC drivs av ett piezoelektriskt stackmanöverdon som skapar vibrationerna. Ställdonet vibrerar med extremt hög frekvens, vilket gör det till ultraljud , och det är dessa vibrationsvågor som överförs av ställdonets horn hela vägen till själva borrkronan. Vibrationerna skapas vid ställdonet och överförs av hornet till en fri massa. Den fria massan vibrerar mellan borrskaftet och ställdonets horn för att överföra vibrationerna nerför borrskaftet. Borrstammen rymmer borrkronan och vibrationerna trycker in borrkronan i materialet. Den repetitiva inverkan på borrskaftet av den fria massan skapar spänningspulser som överförs till spetsen av borrkronan och in i berget. I slutändan producerar det upprepade slaget av borrkronan tillräckligt med belastning på ytan för att bryta den.
Hornstrukturer
Det finns fyra primära stilar av horn, de är:
- koniskt rakt horn - ett konformat horn som kommer till en cylindrisk spets
- koniskt horn - ett konformat horn, men kommer inte till en punkt
- steghorn - två staplade cylindrar, den andra är mindre än den första
- exponentiellt horn - ett konformat horn som kommer till en punkt
Historia
NASA utvecklade ursprungligen en prototyp av USDC år 2000, som vägde 1,5 pund, eller 0,7 kg. NASA har inte diskuterat vidare utveckling av borren, men har nämnt att borren skulle kunna minskas ytterligare för att passa i handflatan. En andra borr utvecklades för att passa på Sojourner Rover , som hade ett borrhuvud som vägde bara ett pund, eller 0,4 kg.
Nuvarande användningsområden
USDC designades ursprungligen av NASA för att borra genom sten. Borren har utrustats på båda Mars-roversna för att samla in prover och ta. Planer på att utöka USCD:s rymdanvändning inkluderar dock insamling av prover från meteoriter. USDC är inte begränsat till att bara borra och samla in prover, eftersom borren kan utrustas sida vid sida med sensorer för att ta avläsningar under ytan.
För att förbereda prover i TEM -observation, såsom kiselwafers, används en USDC för att skära prover som passar TEM-hållaren (3 mm diameter).
Möjliga användningsområden
Användning för USDC har förutsetts inom det medicinska området, för känsliga operationer eller procedurer som involverar den mänskliga skelettstrukturen . Operationer som involverar hjärtat kan inte involvera hög kraft, vilket kan skada organet eller den omgivande bröstkorgen. USDC:s låga axiella belastning säkerställer att liten eller ingen skada skulle göras på dessa ömtåliga områden. Borren har också sett möjligheter att gräva ut trådledningar för pacemakers
Fördelar
Låg strömförbrukning
Totalt sett kräver USDC lite ström för att fungera. USDC kräver en mycket låg axiell belastning, eller nedåtriktad kraft applicerad, för att kunna borra genom tuffa ytor som granit, sten eller is. Nära noll vridmoment krävs för att driva borren, eftersom den inte borrar med en traditionell roterande kraft. Jämförelsevis använder USDC mycket mindre ström för att arbeta än andra borrborrar genom hårda ytor.
Avlägsenhet
På grund av den låga axiella belastningen och det försumbara vridmomentet är det praktiskt att använda en ultraljudsborr för borrningsändamål där mänsklig drift inte kan vara närvarande. Borren kan fungera korrekt vid både extremt låga och höga temperaturer.
Nackdelar
Fördelning av flytgödsel
På grund av utformningen av de flesta ultraljudsborrar är det svårt att borra långt över en tum i mycket tätt material. Detta beror på bristen på slurry , eller skärvätska, för att nå borrkronan för att hålla den ren och effektiv. Rotationsborrar upplever inte detta fenomen lika mycket på grund av den slitsade skärbiten, som tillåter åtkomst av skärvätska till spetsen av borrkronan. Ultraljudsborrning ger mycket liten tolerans kring borrkronan, och därför skapas ingen sådan väg.