先進(jìn)制造技術(shù)在手表零件加工中的應(yīng)用

黃鈴，楊麗，鐘飛，鄔治平

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先進(jìn)制造技術(shù)在手表零件加工中的應(yīng)用

黃鈴，楊麗，鐘飛，鄔治平

（依波精品（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

手表零件加工采用的傳統(tǒng)制造加工技術(shù)主要為去除材料的加工方法。手表零件材料選用的為不銹鋼、貴金屬等，傳統(tǒng)的加工方法易造成材料的浪費(fèi)、加工成本增加、對環(huán)境污染大等問題。針對現(xiàn)有的問題，分析了先進(jìn)制造技術(shù)在鐘表行業(yè)的應(yīng)用，主要介紹了快速成型技術(shù)、MEMS加工技術(shù)等零件加工方法，進(jìn)一步闡明了手表零件的加工發(fā)展方向。

手表零件；快速成型；MEMS加工；快速成型技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)（Advanced Manufacturing Technique，AMT）是集成了制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學(xué)等多門科學(xué)技術(shù)為一體的制造技術(shù)，并逐步適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)制造市場，提升傳統(tǒng)制造技術(shù)的局限，同時在現(xiàn)代制造業(yè)中有著領(lǐng)先的優(yōu)勢[1]。手表的零件大部分為細(xì)小零件，手表產(chǎn)量又極為龐大。目前，在國內(nèi)外手表行業(yè)主要采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工生產(chǎn)零部件，特點(diǎn)為去除材料加工，極易造成材料浪費(fèi)，環(huán)境污染。結(jié)合先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)，本文分析了國內(nèi)外手表行業(yè)在手表零件加工中的先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢。

1 3D立體打印技術(shù)

快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）作為先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，方法是采用層層積累方式構(gòu)造零件模型，從加工材質(zhì)分類主要分為絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）、光敏樹脂選擇性固化（Stereo Lithography Apparatus ，SLA）、粉末材料選擇性燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）以及箔材疊層實(shí)體制作（Laminated Object Manufacturing，LOM）等。無需借助傳統(tǒng)機(jī)械加工中模具生產(chǎn)零件，縮短了產(chǎn)品的生命周期、減少研發(fā)成本，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域[2]。

3D立體打印技術(shù)是一種累積制造技術(shù)，是一種快速成型技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料、陶瓷等可粘合材料，通過逐層打印方式構(gòu)造零件的技術(shù)。近年來，國內(nèi)外鐘表行業(yè)將該技術(shù)運(yùn)用于手表殼、表盤等零件的制造與研發(fā)，并應(yīng)用于中高端手表殼、表盤的生產(chǎn)與銷售。意大利著名鐘表品牌沛納海Panerai于2018年在日內(nèi)瓦（SIHH）鐘表展上推出了一枚名為Lo Scienziato的機(jī)械腕表，其以3D立體打印技術(shù)制作鈦金屬表殼。腕表所用的鈦金屬表殼，質(zhì)量比精鋼制造的同類腕表要輕40%.同時，通過3D打印技術(shù)將表殼內(nèi)部鏤空，勾勒復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，并具有優(yōu)異的防水性能，堅(jiān)固的抗張力、抗扭曲性能，提高腕表的審美性。瑞士高級制表品牌宇舶表HUBLOT在2018年巴塞爾（Basel）新品展上推出了一款Big Bang MP-11腕表，以制表界3D立體碳纖維技術(shù)打造黑色碳纖維表殼，表殼具有輕盈耐磨特點(diǎn)，同時打破手表固有平面表鏡的設(shè)定。

2 MEMS加工技術(shù)

MEMS加工技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械手表尤其是機(jī)心零部件的制作，對手表行業(yè)制造起到驅(qū)動作用[3]。其中，深反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）和UV-LIGA技術(shù)廣泛應(yīng)用于手表的新設(shè)計(jì)、新材料、新功能，是高端手表零部件加工制作的研究發(fā)展方向[4]。瑞士電子學(xué)與微電子科技研究中心（Swiss Center for Electronics and Microtechnology，CSEM）作為瑞士鐘表行業(yè)新技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)中心，一直致力于應(yīng)用和行業(yè)委托的研發(fā)與開發(fā)。CSEM采用DRIE技術(shù)解決了硅零件加工的難題，將零件影像投射到Φ100 mm、厚0.5 mm的硅晶圓上，用鉆石鋸或鉆石索鋸從上方切割出晶圓后進(jìn)行單面或雙面拋光，從而得出極細(xì)的硅零件。雅典與德國超薄鉆石芯片專家GFD公司共同合作于2005年推出的“Freak DIAMOND HEART”，運(yùn)用了DRIE技術(shù)，將硬度高、摩擦消耗小、無磨損的鉆石應(yīng)用到擒縱輪材料上，提高了擒縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)作效能，延長了壽命。瑞士著名鐘表制造商歐米茄在2008年發(fā)布Si14硅材料游絲，通過DRIE技術(shù)將游絲的加工精度提升了一個數(shù)量級。

近年來，鐘表行業(yè)對腕表的零部件加工精度要求越來越高，而機(jī)械手表機(jī)心零部件能耗大、尺寸小、制作難度大、加工精度要求高，傳統(tǒng)制造加工方法難以滿足要求。隨著機(jī)械表中微電子機(jī)械系統(tǒng)微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，機(jī)械表制造工藝有了新的突破，特別是機(jī)械機(jī)心擒縱機(jī)構(gòu)零部件的制作。UV-LIGA技術(shù)是一種采用紫外光刻取代同步輻射光刻工藝的準(zhǔn)LIGA技術(shù)，可用于制造高深寬比的結(jié)構(gòu)，可加工材料范圍廣泛，可制作任意截面形狀結(jié)構(gòu)，加工精度高，可進(jìn)行大批量生產(chǎn)加工，制造成本低，廣泛用于制作不同材質(zhì)的微納米模具、微傳感器、微機(jī)電等三維微小元器件[5]。而硅材料由于其具有質(zhì)量輕、慣量小、熱膨脹系數(shù)低、抗磁性、摩擦系數(shù)低、硬度高、抗腐蝕性高、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于半導(dǎo)體、電子等領(lǐng)域。國內(nèi)海鷗集團(tuán)采用MEMS微細(xì)加工制造工藝并生產(chǎn)出硅材料游絲，采用基于UV-LIGA的技術(shù)加工機(jī)械手表零件，提升海鷗無卡度同軸陀飛輪手表的精度等級，實(shí)現(xiàn)硅材質(zhì)擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)在海鷗高檔手表中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

鑒于現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展是趨向于微型化、智能化、重復(fù)性好，采用新的材料加工方法與新材料，將對傳統(tǒng)的手表生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生顛覆性的影響。先進(jìn)加工技術(shù)的應(yīng)用，提高了手表零件加工的精度，擴(kuò)展了手表設(shè)計(jì)制造理念的思路，提供了手表未來的可變性。同時，通過21世紀(jì)萬物互聯(lián)的大環(huán)境下，將3D立體打印技術(shù)、DRIE技術(shù)、UV-LIGA技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用于手表零件的設(shè)計(jì)制造中，有助于改善和提高產(chǎn)品質(zhì)量，逐步推行綠色環(huán)保制造理念，推動手表行業(yè)的發(fā)展，為手表的發(fā)展提供了更加廣闊的前景。

［1］楊叔子，吳波.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（10）： 73-78.

［2］周兆英，葉雄英，唐飛，等.微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2002：19-21.

［3］郭育華，王英男，杜如虛.MEMS加工工藝在機(jī)械手表制造中的應(yīng)用［J］.鐘表，2010（2）：117-121.

［4］Noell W，Clerc P A，Jeanneret S，et al.MEMS for a watches［C］// MICRO Electro Mechanical Systems，2004. IEEE International Conference on. IEEE，2004：1-4.

［5］明平美.UV-LIGA——微細(xì)電火花加工組合制造技術(shù)基礎(chǔ)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2006.

2095－6835（2019）01－0147－01

TG519.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.147

黃鈴（1990—），女，主要從事機(jī)械制造方面的研究。

〔編輯：張思楠〕