CH721908A2 - Procédé de fabrication d'une masse oscillante en alliage de métal lourd par fabrication additive - Google Patents
Procédé de fabrication d'une masse oscillante en alliage de métal lourd par fabrication additiveInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une masse oscillante en alliage de métal lourd par fabrication additive, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - mise à disposition d'un mélange d'une poudre métallique comprenant de la poudre d'un métal lourd et de la poudre d'un deuxième matériau métallique, d'un liant organique et d'un polymère photopolymérisable pour former un feedstock photosensible ; - effectuer des passes successives à partir d'un support, chaque passe comprenant le dépôt d'au moins une couche du feedstock, le feedstock déposé adhérant au feedstock d'au moins une couche précédemment déposée, le dépôt du feedstock au niveau de chaque couche étant polymérisé à chaque passe de manière que l'empilement des couches successives forme une pièce verte de la masse oscillante ; - enlever le polymère photosensible non polymérisé ; - délianter la pièce verte ; - fritter la pièce déliantée pour obtenir une ébauche dense de la masse oscillante ; - effectuer une finition de l'ébauche dense de la masse oscillante pour obtenir une masse oscillante décorée.
Description
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication permettant l'obtention d'une masse oscillante essentiellement formée dans un alliage de métal lourd.
ART ANTERIEUR
[0002] La masse oscillante est un élément crucial au sein des mouvements automatiques en horlogerie. % On connaît des montres comportent un mouvement à remontage automatique équipées d'une masse de remontage oscillante pour le remontage du mouvement grâce aux mouvements naturels du poignet.
[0003] Habituellement, les montres automatiques à masse oscillante présentent une masse oscillante monobloc. Il est cependant difficile de concilier faible encombrement et poids pour avoir une action suffisante. Sa conception doit répondre à des exigences techniques sévères pour pouvoir assurer sa fonction de remontage tout en en étant un élément décoratif. Les matériaux généralement utilisés pour sa conception sont l'or, le platine ou le tungstène.
[0004] Pour remédier à ce problème, il est possible de combiner les matériaux de densité différente comme dans le document EP 3 839 646. Cependant, une telle construction n'est pas satisfaisante pour tout type de décoration et demande un certain nombre d'opérations pour fabriquer et assembler la masse.
[0005] La décoration de sa surface permet des exécutions artistiques en utilisant de nombreuses techniques, par exemple le sertissage, le guillochage, la gravure laser ou encore l'usinage CNC, etc...
[0006] Au vu des tendances esthétiques pour obtenir des pièces de plus en plus fines ou finement décorées, le poids du métal utilisé est essentiel et pose de nombreux défis.
[0007] Ainsi, il n'est pas possible d'usiner directement un métal lourd tel que le tungstène aux dimensions souhaitées pour une masse oscillante ayant une géométrie fine et complexe, notamment dans le cas d'une masse oscillante squelettée. En effet, de telles masses oscillantes ont tendance à se déformer lors d'un usinage traditionnel, ou elles présentent une forme complexe qui n'est pas réalisable par usinage CNC cinq axes ou ablation laser femto.
[0008] On connait également des procédés de fabrication additive de pièces en tungstène via un frittage laser, mais la qualité de surface et l'aspect visuel poreux de la pièce obtenue ne sont pas satisfaisant et ne répondent pas aux standards de la haute horlogerie. De plus, les alliages utilisés par frittage laser (SLS) ou fusion laser (SLM) ne sont pas identiques avec ceux d'utilisé conventionnellement dans horlogerie par pressage.
RESUME DE L'INVENTION
[0009] La présente invention a pour objet de pallier aux désavantages précités en proposant un procédé de fabrication d'une masse oscillante en alliage de métal lourd tel que le tungstène, l'or ou un autre métal lourd.
[0010] A cet effet, la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une masse oscillante en alliage de métal lourd par fabrication additive en deux étapes, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
–
mise à disposition d'un mélange d'une poudre métallique comprenant de la poudre d'un métal lourd et de la poudre d'un deuxième matériau métallique, d'un liant organique et d'un polymère photopolymérisable pour former un feedstock photosensible ;
–
effectuer des passes successives à partir d'un plateau d'impression, chaque passe comprenant le dépôt d'au moins une couche du feedstock, le feedstock déposé adhérant au feedstock d'au moins une couche précédemment déposée, le dépôt du feedstock au niveau de chaque couche étant polymérisé sélectivement à chaque passe de manière que l'empilement des couches successives forme une pièce verte de la masse oscillante ;
–
enlever le polymère photosensible non polymérisé pour libérer la pièce verte de la masse oscillante ;
–
délianter la pièce verte ;
–
fritter la pièce déliantée pour obtenir une ébauche dense de la masse oscillante ;
–
effectuer une finition de l'ébauche dense de la masse oscillante pour obtenir une masse oscillante décorée.
[0011] Conformément à d'autres variantes avantageuses de l'invention :
–
le mélange de poudre métallique comprend pour au moins 90% de sa masse de la poudre du métal lourd ;
–
le métal lourd est choisi parmi : le tungstène, l'or, le platine, le rhénium ;
–
le deuxième matériau métallique est choisi parmi : le cuivre, le nickel, le manganèse-nickel, l'alliage nickel cuivre, l'alliage nickel cobalt ; l'alliage nickel fer, l'alliage cuivre cobalt, l'alliage nickel cuivre manganèse ;
–
optionnellement, le mélange comprend un additif choisi parmi : le chrome, le molybdène, le tantale, le bore, le carbone ;
–
la fabrication additive est une fabrication additive métal en deux étapes basée sur la photopolymérisation d'un feedstock pour obtenir une pièce verte ;
–
chaque couche présente une épaisseur comprise entre 5 µm et 100 µm ; et de préférence entre 15 µm et 75 µm;
–
l'étape de frittage est effectué à une température comprise entre 1200°C et 1800°C pendant un temps compris entre 15 minutes et 40 heures ;
–
l'étape de frittage est effectué dans un environnement neutre ou réducteur ;
–
la structure la plus fine ou complexe de la masse oscillante présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 0.5mm à l'issue de l'étape de frittage, pour les parties les plus minces de la masse oscillante.
[0012] L'invention concerne également une masse oscillante essentiellement en alliage de métal lourd obtenue via le procédé selon l'invention.
[0013] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré, présenté à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 représente une vue schématique du procédé de fabrication conforme à l'invention.
La figure 2 illustre une vue en perspective d'une masse oscillante obtenue via le procédé de fabrication selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0015] La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une masse oscillante essentiellement en métal lourd.
[0016] L'invention décrite ci-après a pour but de répondre aux problématiques listées précédemment en lien avec l'état de la technique qui a été présenté.
[0017] En particulier, un objectif est de réaliser des masses oscillantes essentiellement fabriquées en alliage de métal lourd tel que le tungstène, matériau particulièrement intéressant pour sa masse volumique et sa dureté.
[0018] Ainsi, l'invention concerne un procédé de fabrication permettant l'obtention d'une masse oscillante essentiellement formée en alliage de métal lourd, et une masse oscillante obtenue par la mise en œuvre d'un tel procédé de fabrication.
[0019] Le procédé de fabrication additive d'une masse oscillante en alliage de métal lourd comprend les étapes suivantes :
–
E0 : mise à disposition d'un mélange comprenant de la poudre d'un métal lourd, de la poudre d'un deuxième matériau métallique, la poudre de tungstène et la poudre du deuxième matériau formant une poudre métallique, d'un liant organique et d'un polymère photoinitiateur pour former un feedstock photosensible ;
–
E1 : effectuer des passes successives à partir d'un plateau d'impression, chaque passe comprenant le dépôt d'au moins une couche du feedstock, le feedstock déposé adhérant au feedstock d'au moins une couche précédemment déposée, le dépôt du feedstock au niveau de chaque couche étant polymérisé localement à chaque passe de manière que l'empilement des couches successives forme une pièce verte de la masse oscillante ;
–
E2 : séparer le polymère non polymérisé du feedstock polymérisé pour libérer la pièce verte de la masse oscillante ;
–
E3 : effectuer un déliantage pour enlever le liant organique de la pièce verte et former une structure poreuse ;
–
E4 : fritter la pièce déliantée pour obtenir la masse oscillante, la structure poreuse se refermant lors de la phase de frittage ;
–
E5 : effectuer une finition de l'ébauche dense de la masse oscillante pour obtenir une masse oscillante décorée.
[0020] Selon l'invention, le procédé de fabrication comprend une étape principale E1 consistant en une méthode de fabrication additive en passes successives à partir d'un plateau de support, chaque passe comprenant le dépôt d'au moins une couche du feedstock, le feedstock déposé au moment du dépôt d'une couche donnée adhérant au feedstock d'au moins une couche précédemment déposée. Le dépôt du feedstock au niveau de chaque couche est contrôlé à chaque passe de manière que l'empilement du feedstock déposé durant les passes successives forme une ébauche de la masse oscillante.
[0021] L'une des principales difficultés est de trouver des paramètres de la méthode additive adaptée pour obtenir une masse oscillante de faible épaisseur pour limiter l'encombrement tout en préservant la solidité de la masse oscillante avec un structure élaborée/ajourée/squelettée sans que la matière formant la masse oscillante ne se déforme sous son propre poids.
[0022] Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque couche de mélange présente une épaisseur comprise entre 5µm et 100µm.
[0023] Selon un mode de réalisation avantageux, chaque passe comprend une étape de dépôt d'au moins une couche de mélange puis une étape de polymérisation sélective du mélange précédemment déposé sous l'action d'une lampe UV par exemple.
[0024] Cette solution d'impression en trois dimensions par dépôts de couches successives puis photopolymérisation sélective est connue sous la technologie nommée „SLA“ ou DLP.
[0025] Selon l'invention, la poudre métallique comprend pour au moins 90% de sa masse du métal lourd. Le métal lourd est choisi parmi : le tungstène, l'or, le platine ou encore le rhénium.
[0026] Le deuxième matériau métallique est choisi parmi : le cuivre, le nickel, le manganèse-nickel, l'alliage nickel cuivre, l'alliage nickel cobalt ; l'alliage nickel fer, l'alliage cuivre cobalt, l'alliage nickel cuivre manganèse.
[0027] Selon un mode de réalisation optionnel de l'invention, la poudre métallique comprend un additif choisi parmi : le chrome, le molybdène, le tantale, le bore, le carbone.
[0028] Le liant est présent à hauteur de 40% à 50% en masse dans le feedstock pour obtenir un feedstock fluide facile à mettre en œuvre lors de la fabrication additive.
[0029] L'étape E0 de préparation du mélange peut comprendre une étape de préparation préalable au cours de laquelle les particules de la poudre de métal lourd sont recouvertes par une couche d'Al2O3 en faible épaisseur par ALD, PVD, CVD ou lit fluidisé pour rendre la poudre plus adaptée optiquement. On peut également couvrir la poudre de métal lourd par le deuxième matériau métallique pour homogénéiser l'alliage préalablement. Dès lors, la poudre est prête à être mélangée avec le liant organique et le polymère photoinitiateur pour former un feedstock photo polymérisable.
[0030] La taille des particules formant la poudre métallique est comprise entre 5 µm et 15 µm pour obtenir une bonne densité de particules au sein du feedstock.
[0031] De manière plus générale, la masse oscillante 1 obtenue présente une forme générale d'un demi-disque squeletté, ajouré, et/ou décoré, les parties les plus minces 10, 11, 12, 13 de la masse oscillante présentant une épaisseur comprise entre 0.2mm et 0.5mm.
[0032] Lors de l'étape E3 de déliantage, le liant organique présent dans la pièce est dissout ou brulé pour former une structure poreuse (ou encore appelée pièce brune). Cette structure poreuse disparaitra lors de l'étape suivante E4 de frittage, la pièce se rétractant et rétrécissant lors du frittage. Il faut donc prévoir un surdimensionnement de la masse oscillante lors de son impression à l'étape E1.
[0033] De préférence, la température est augmentée jusqu'à la température de frittage souhaitée. Une fois le frittage terminé la température est abaissé graduellement.
[0034] Le frittage est effectué dans un environnement neutre ou réducteur. Le frittage peut par exemple être réalisé sous une atmosphère inerte en utilisant de l'Argon.
[0035] Selon les besoins de l'homme du métier, plusieurs frittages peuvent être effectués pour atteindre le résultat souhaité.
[0036] Le procédé peut comprendre une étape de finition traditionnellement utilisé pour les masses oscillantes, et qui peut comprendre un usinage en précision, un sablage, un sertissage, une ablation laser, etc...
[0037] Un tel procédé permet ainsi d'obtenir une masse oscillante qui présente une forme complexe et qui n'est pas réalisable par des méthodes d'usinage classiques telles que l'usinage CNC cinq axes ou encore l'ablation laser femto.
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'une masse oscillante (1) en alliage de métal lourd par fabrication additive, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
– mise à disposition d'un mélange d'une poudre métallique comprenant de la poudre d'un métal lourd et de la poudre d'un deuxième matériau métallique, d'un liant organique et d'un polymère photopolymérisable pour former un mélange feedstock photosensible ;
– effectuer des passes successives à partir d'un support, chaque passe comprenant le dépôt d'au moins une couche du feedstock, le feedstock déposé adhérant au feedstock d'au moins une couche précédemment déposée, le dépôt du feedstock au niveau de chaque couche étant polymérisé à chaque passe de manière que l'empilement des couches successives forme une pièce verte de la masse oscillante ;
– enlever le feedstock photosensible non polymérisé pour libérer la pièce verte de la masse oscillante ;
– délianter la pièce verte ;
– fritter la pièce déliantée pour obtenir une ébauche dense de la masse oscillante ;
– effectuer une finition de l'ébauche dense de la masse oscillante (1) pour obtenir une masse oscillante (1) décorée.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre métallique comprend pour au moins 90% de sa masse du métal lourd.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal lourd est choisi parmi : le tungstène, l'or, le platine, le rhénium.
4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième matériau métallique est choisi parmi : le cuivre, le nickel, le manganèse-nickel, l'alliage nickel cuivre, l'alliage nickel cobalt ; l'alliage nickel fer, l'alliage cuivre cobalt, l'alliage nickel cuivre manganèse.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poudre métallique comprend un additif optionnel choisi parmi : le chrome, le molybdène, le tantale, le bore, le carbone.
6. Procédé selon la revendication l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fabrication additive est un fabrication additive métal en deux étapes, basée sur la photopolymérisation d'un feedstock pour obtenir une pièce verte.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche présente une épaisseur comprise entre 5 µm et 100 µm, et de préférence entre 15 µm et 75 µm.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de frittage est effectué à une température comprise entre 1200°C et 1800°C pendant un temps compris entre 15 minutes et 40 heures.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de frittage est effectué dans un environnement neutre ou réducteur.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse oscillante (1) présente une épaisseur comprise entre 0.1mm et 0.5mm à l'issue de l'étape de frittage, pour les parties les plus minces (10, 11, 12, 13) de la masse oscillante (1).
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