先進制造技術在手表零件加工中的應用

黃鈴，楊麗，鐘飛，鄔治平

?

先進制造技術在手表零件加工中的應用

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制造加工技術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，傳統的加工方法易造成材料的浪費、加工成本增加、對環境污染大等問題。針對現有的問題，分析了先進制造技術在鐘表行業的應用，主要介紹了快速成型技術、MEMS加工技術等零件加工方法，進一步闡明了手表零件的加工發展方向。

手表零件；快速成型；MEMS加工；快速成型技術

先進制造技術（Advanced Manufacturing Technique，AMT）是集成了制造技術、信息技術、管理科學等多門科學技術為一體的制造技術，并逐步適應現代企業制造市場，提升傳統制造技術的局限，同時在現代制造業中有著領先的優勢[1]。手表的零件大部分為細小零件，手表產量又極為龐大。目前，在國內外手表行業主要采用傳統的機械加工生產零部件，特點為去除材料加工，極易造成材料浪費，環境污染。結合先進制造技術的特點，本文分析了國內外手表行業在手表零件加工中的先進制造技術應用及發展趨勢。

1 3D立體打印技術

快速成型技術（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）作為先進制造技術的關鍵技術之一，方法是采用層層積累方式構造零件模型，從加工材質分類主要分為絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling，FDM）、光敏樹脂選擇性固化（Stereo Lithography Apparatus ，SLA）、粉末材料選擇性燒結（Selective Laser Sintering，SLS）以及箔材疊層實體制作（Laminated Object Manufacturing，LOM）等。無需借助傳統機械加工中模具生產零件，縮短了產品的生命周期、減少研發成本，廣泛應用于航空、航天、汽車、醫療、電子等領域[2]。

3D立體打印技術是一種累積制造技術，是一種快速成型技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬、塑料、陶瓷等可粘合材料，通過逐層打印方式構造零件的技術。近年來，國內外鐘表行業將該技術運用于手表殼、表盤等零件的制造與研發，并應用于中高端手表殼、表盤的生產與銷售。意大利著名鐘表品牌沛納海Panerai于2018年在日內瓦（SIHH）鐘表展上推出了一枚名為Lo Scienziato的機械腕表，其以3D立體打印技術制作鈦金屬表殼。腕表所用的鈦金屬表殼，質量比精鋼制造的同類腕表要輕40%.同時，通過3D打印技術將表殼內部鏤空，勾勒復雜的幾何結構，并具有優異的防水性能，堅固的抗張力、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立體碳纖維技術打造黑色碳纖維表殼，表殼具有輕盈耐磨特點，同時打破手表固有平面表鏡的設定。

2 MEMS加工技術

MEMS加工技術應用于機械手表尤其是機心零部件的制作，對手表行業制造起到驅動作用[3]。其中，深反應離子蝕刻技術（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）和UV-LIGA技術廣泛應用于手表的新設計、新材料、新功能，是高端手表零部件加工制作的研究發展方向[4]。瑞士電子學與微電子科技研究中心（Swiss Center for Electronics and Microtechnology，CSEM）作為瑞士鐘表行業新技術領域研發中心，一直致力于應用和行業委托的研發與開發。CSEM采用DRIE技術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行單面或雙面拋光，從而得出極細的硅零件。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”，運用了DRIE技術，將硬度高、摩擦消耗小、無磨損的鉆石應用到擒縱輪材料上，提高了擒縱機構的運作效能，延長了壽命。瑞士著名鐘表制造商歐米茄在2008年發布Si14硅材料游絲，通過DRIE技術將游絲的加工精度提升了一個數量級。

近年來，鐘表行業對腕表的零部件加工精度要求越來越高，而機械手表機心零部件能耗大、尺寸小、制作難度大、加工精度要求高，傳統制造加工方法難以滿足要求。隨著機械表中微電子機械系統微細加工技術的發展應用，機械表制造工藝有了新的突破，特別是機械機心擒縱機構零部件的制作。UV-LIGA技術是一種采用紫外光刻取代同步輻射光刻工藝的準LIGA技術，可用于制造高深寬比的結構，可加工材料范圍廣泛，可制作任意截面形狀結構，加工精度高，可進行大批量生產加工，制造成本低，廣泛用于制作不同材質的微納米模具、微傳感器、微機電等三維微小元器件[5]。而硅材料由于其具有質量輕、慣量小、熱膨脹系數低、抗磁性、摩擦系數低、硬度高、抗腐蝕性高、耐磨損等優點，廣泛用于半導體、電子等領域。國內海鷗集團采用MEMS微細加工制造工藝并生產出硅材料游絲，采用基于UV-LIGA的技術加工機械手表零件，提升海鷗無卡度同軸陀飛輪手表的精度等級，實現硅材質擒縱調速機構在海鷗高檔手表中的應用。

3 結束語

鑒于現代制造技術的發展是趨向于微型化、智能化、重復性好，采用新的材料加工方法與新材料，將對傳統的手表生產技術產生顛覆性的影響。先進加工技術的應用，提高了手表零件加工的精度，擴展了手表設計制造理念的思路，提供了手表未來的可變性。同時，通過21世紀萬物互聯的大環境下，將3D立體打印技術、DRIE技術、UV-LIGA技術等先進制造技術應用于手表零件的設計制造中，有助于改善和提高產品質量，逐步推行綠色環保制造理念，推動手表行業的發展，為手表的發展提供了更加廣闊的前景。

［1］楊叔子，吳波.先進制造技術及其發展趨勢［J］.機械工程學報，2003，39（10）： 73-78.

［2］周兆英，葉雄英，唐飛，等.微機電系統技術［M］.北京：國防工業出版社，2002：19-21.

［3］郭育華，王英男，杜如虛.MEMS加工工藝在機械手表制造中的應用［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——微細電火花加工組合制造技術基礎研究［D］.南京：南京航空航天大學，2006.

2095－6835（2019）01－0147－01

TG519.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.147

黃鈴（1990—），女，主要從事機械制造方面的研究。

〔編輯：張思楠〕