先进制造技术在手表零件加工中的应用

黄铃，杨丽，钟飞，邬治平



先进制造技术在手表零件加工中的应用

黄铃，杨丽，钟飞，邬治平

（依波精品（深圳）有限公司，广东 深圳 518000）

手表零件加工采用的传统制造加工技术主要为去除材料的加工方法。手表零件材料选用的为不锈钢、贵金属等，传统的加工方法易造成材料的浪费、加工成本增加、对环境污染大等问题。针对现有的问题，分析了先进制造技术在钟表行业的应用，主要介绍了快速成型技术、MEMS加工技术等零件加工方法，进一步阐明了手表零件的加工发展方向。

手表零件；快速成型；MEMS加工；快速成型技术

先进制造技术（Advanced Manufacturing Technique，AMT）是集成了制造技术、信息技术、管理科学等多门科学技术为一体的制造技术，并逐步适应现代企业制造市场，提升传统制造技术的局限，同时在现代制造业中有着领先的优势[1]。手表的零件大部分为细小零件，手表产量又极为庞大。目前，在国内外手表行业主要采用传统的机械加工生产零部件，特点为去除材料加工，极易造成材料浪费，环境污染。结合先进制造技术的特点，本文分析了国内外手表行业在手表零件加工中的先进制造技术应用及发展趋势。

1 3D立体打印技术

快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）作为先进制造技术的关键技术之一，方法是采用层层积累方式构造零件模型，从加工材质分类主要分为丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling，FDM）、光敏树脂选择性固化（Stereo Lithography Apparatus ，SLA）、粉末材料选择性烧结（Selective Laser Sintering，SLS）以及箔材叠层实体制作（Laminated Object Manufacturing，LOM）等。无需借助传统机械加工中模具生产零件，缩短了产品的生命周期、减少研发成本，广泛应用于航空、航天、汽车、医疗、电子等领域[2]。

3D立体打印技术是一种累积制造技术，是一种快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料、陶瓷等可粘合材料，通过逐层打印方式构造零件的技术。近年来，国内外钟表行业将该技术运用于手表壳、表盘等零件的制造与研发，并应用于中高端手表壳、表盘的生产与销售。意大利著名钟表品牌沛纳海Panerai于2018年在日内瓦（SIHH）钟表展上推出了一枚名为Lo Scienziato的机械腕表，其以3D立体打印技术制作钛金属表壳。腕表所用的钛金属表壳，质量比精钢制造的同类腕表要轻40%.同时，通过3D打印技术将表壳内部镂空，勾勒复杂的几何结构，并具有优异的防水性能，坚固的抗张力、抗扭曲性能，提高腕表的审美性。瑞士高级制表品牌宇舶表HUBLOT在2018年巴塞尔（Basel）新品展上推出了一款Big Bang MP-11腕表，以制表界3D立体碳纤维技术打造黑色碳纤维表壳，表壳具有轻盈耐磨特点，同时打破手表固有平面表镜的设定。

2 MEMS加工技术

MEMS加工技术应用于机械手表尤其是机心零部件的制作，对手表行业制造起到驱动作用[3]。其中，深反应离子蚀刻技术（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）和UV-LIGA技术广泛应用于手表的新设计、新材料、新功能，是高端手表零部件加工制作的研究发展方向[4]。瑞士电子学与微电子科技研究中心（Swiss Center for Electronics and Microtechnology，CSEM）作为瑞士钟表行业新技术领域研发中心，一直致力于应用和行业委托的研发与开发。CSEM采用DRIE技术解决了硅零件加工的难题，将零件影像投射到Φ100 mm、厚0.5 mm的硅晶圆上，用钻石锯或钻石索锯从上方切割出晶圆后进行单面或双面抛光，从而得出极细的硅零件。雅典与德国超薄钻石芯片专家GFD公司共同合作于2005年推出的“Freak DIAMOND HEART”，运用了DRIE技术，将硬度高、摩擦消耗小、无磨损的钻石应用到擒纵轮材料上，提高了擒纵机构的运作效能，延长了寿命。瑞士著名钟表制造商欧米茄在2008年发布Si14硅材料游丝，通过DRIE技术将游丝的加工精度提升了一个数量级。

近年来，钟表行业对腕表的零部件加工精度要求越来越高，而机械手表机心零部件能耗大、尺寸小、制作难度大、加工精度要求高，传统制造加工方法难以满足要求。随着机械表中微电子机械系统微细加工技术的发展应用，机械表制造工艺有了新的突破，特别是机械机心擒纵机构零部件的制作。UV-LIGA技术是一种采用紫外光刻取代同步辐射光刻工艺的准LIGA技术，可用于制造高深宽比的结构，可加工材料范围广泛，可制作任意截面形状结构，加工精度高，可进行大批量生产加工，制造成本低，广泛用于制作不同材质的微纳米模具、微传感器、微机电等三维微小元器件[5]。而硅材料由于其具有质量轻、惯量小、热膨胀系数低、抗磁性、摩擦系数低、硬度高、抗腐蚀性高、耐磨损等优点，广泛用于半导体、电子等领域。国内海鸥集团采用MEMS微细加工制造工艺并生产出硅材料游丝，采用基于UV-LIGA的技术加工机械手表零件，提升海鸥无卡度同轴陀飞轮手表的精度等级，实现硅材质擒纵调速机构在海鸥高档手表中的应用。

3 结束语

鉴于现代制造技术的发展是趋向于微型化、智能化、重复性好，采用新的材料加工方法与新材料，将对传统的手表生产技术产生颠覆性的影响。先进加工技术的应用，提高了手表零件加工的精度，扩展了手表设计制造理念的思路，提供了手表未来的可变性。同时，通过21世纪万物互联的大环境下，将3D立体打印技术、DRIE技术、UV-LIGA技术等先进制造技术应用于手表零件的设计制造中，有助于改善和提高产品质量，逐步推行绿色环保制造理念，推动手表行业的发展，为手表的发展提供了更加广阔的前景。

［1］杨叔子，吴波.先进制造技术及其发展趋势［J］.机械工程学报，2003，39（10）： 73-78.

［2］周兆英，叶雄英，唐飞，等.微机电系统技术［M］.北京：国防工业出版社，2002：19-21.

［3］郭育华，王英男，杜如虚.MEMS加工工艺在机械手表制造中的应用［J］.钟表，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——微细电火花加工组合制造技术基础研究［D］.南京：南京航空航天大学，2006.

2095－6835（2019）01－0147－01

TG519.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.147

黄铃（1990—），女，主要从事机械制造方面的研究。

〔编辑：张思楠〕