Новое поколение часовых пружинок — важный шаг на пути к микромеханике | Gearmix
02.11.2018 16:26

Новое поколение часовых пружинок — важный шаг на пути к микромеханике

Источник перевод для gearmix ()

Хотя прикладные исследования не всегда выполняются промышленными компаниями, но иногда результаты могут быть быстро внедрены в производство. Отличный пример этого показала швейцарская Федеральная лаборатория материаловедения и технологий «Empa», продемонстрировав в Лаборатории сопротивления материалов и наноструктур демонстрируются крошечные часовые пружины демонстрируются  Эти пружины — сердце любых механических часов — не совсем обычные детали. Они сделаны не из обычного сплава «Ниварокс», а получены за счет осаждения посредством электрохимического процесса из холодного солевого раствора.

Сегодня продукция лаборатории «Empa» уже вышла за рамки пилотного проекта. Полученные с помощью гальванопластики пружины регулярно поступают в научно-исследовательский отдел ведущего швейцарского производителя часов, где их монтируют в тестовые часовые механизмы.

Подпись к изображению: Маятник — это сердце любых механических часов. Эти хрупкие пружинки обычно сделаны из сплава Ниварокс. В лаборатории «Empa», Швейцария, новое поколение балансирных пружин производится посредством гальванопластики

Всего несколько лет назад «Empa» в некоторых технологических этапах должна была полагаться на партнёров. Между тем, ноу-хау полного производственного процесса сосредоточено в лаборатории Michler’s lab. Летиция Филиппе, контролёр производства пружин, рассказала об этапах производства. Базовым материалом является кремниевая пластина, похожая на используемые для производства микросхем и солнечных батарей. Эту пластину сначала покрывают электропроводящим слоем золота, затем — тонким слоем светочувствительной краски. После этого на светочувствительное покрытие проецируется изображение пружины, и засвеченные области удаляются. Затем на проводящую золотую основу можно гальванически нанести требуемый металлический сплав.

Этот критический этап весьма коварен. «В гальванической ванне необходим правильный поток, подходящая температура, некоторые органические добавки и электрический ток точной величины, и — если это переменный ток — конкретной формы». На последнем этапе пружины отделяют от гальванической матрицы. Сначала при помощи обычного микроскопа проверяют, корректно ли матрица заполнена металлом. Затем верх матрицы шлифуется, чтобы обеспечить требуемую толщину у всех пружин; результат проверяется методом рентгенофлуоресценции. И наконец, краску удаляют кислородной плазмой, а кремниевая пластина протравливается концентрированным щелочным раствором, при этом золотое покрытие растворяется. Оставшиеся после этого пружины затем поступают на некоторое время в особую моечную машину, где с них удаляются заусенцы. И вот бездефектные пружины отправляются к часовщикам для установки в тестовые часовые механизмы.

Побочный результат исследований

Однако для лаборатории «Empa» это производство является только одним из направлений научной работы. «Наша цель вовсе не в том, чтобы конкурировать с поставщиками в индустрии наручных часов, — говорит Михлер, руководитель Michler’s lab. — Мы интересуемся миниатюризацией как таковой». Группа Михлера изучает механические свойства крошечных деталей. Дело в том, что свойства материалов изменяются для микроскопических предметов: пластичный металл становится твёрже, а хрупкая керамика становится пластичной.

«Основное требование — способность производить требуемые объекты в соответствии с определёнными критериями». Таким образом, группа Михлера не только с одним из этапов процесса, но и держит под контролем качество всех звеньев цепочки. «Некоторые этапы сильно взаимосвязаны. Если мы изменим один параметр, например, форму гальванопластических матриц, или состав сплава, нам придётся внести изменения и в предшествующие, и в последующие этапы. Мы стремимся понять эти взаимосвязи, как и все аспекты миниатюризации».

Послойное производство в 3D

Кроме двумерных структур, исследователи также достигли прогресса в производстве 3D структур — также посредством гальванопластики. Матрицы получат вовсе не путём освещения светочувствительного слоя на кремниевых пластинах, но способом так называемой двуфотонной полимеризации — при этом луч лазера пропускается через контейнер, заполненном особой жидкой пластмассой. В точке фокусировки луча жидкость полимеризуется и отвердевает. Группа «Empa» достигла успеха в создании тонких структур и их гальванизации боридом никеля. В испытаниях на прочность эти металлизированные структуры показали существенно большую устойчивость, чем простая полимерпная структура. Кроме того, исследователи также сумели создать «мостики» и «колонны» из никеля размерами в несколько микрометров. Испытания на прочность показывают, как никелевые сплавы ведут себя на этих масштабах. «Мы уже умеем создавать такие структуры, регулярно и повторяемо, — говорит Летиция Филиппе. — Мы сделали важный шаг на пути к микромеханике, основанной на гальванопластике».



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *