CH704803A2 - Fabricating electroformed complex part e.g. watch-making part, comprises forming substrate with upper layer attached with lower layer, machining recess in upper layer to form positive geometries, and filling first material in recess - Google Patents
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Abstract
Description
Description Description
Domaine de l’invention Field of the invention
[0001 ] L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce éiectroformée et, plus particulièrement, un tel procédé pour la réalisation de géométries complexes. The invention relates to a method for manufacturing an electroformed part and, more particularly, to such a method for producing complex geometries.
Arrière plan de l’invention Background of the invention
[0002] La galvanoplastie est utilisée et connue depuis longtemps. Les procédés du type LIGA (abréviation très connue provenant de l’allemand «rôntgenLIthographie, Galvanoformung & Abformung») sont plus récents. Ils consistent à former un moule par photolithographie d’une résine photosensible puis d’y faire croître par galvanoplastie un dépôt métallique comme du nickel. La précision de tels procédés LIGA est bien meilleure que celle d’un moule classique obtenue, par exemple, par usinage. De telles précisions autorisent ainsi la fabrication de pièces de micromécanique notamment pour des mouvements horlogers qui étaient avant inenvisageables. The electroplating is used and known for a long time. LIGA processes (well-known abbreviation from German "roentgenlthography, Galvanoformung & Abformung") are more recent. They consist in forming a mold by photolithography of a photosensitive resin and then electroplating a metal deposit such as nickel. The accuracy of such LIGA processes is much better than that of a conventional mold obtained, for example, by machining. Such accuracies thus allow the manufacture of micromechanical parts especially for watch movements that were previously unthinkable.
[0003] Cependant, de tels procédés ne sont pas adaptés pour les pièces complexes, c’est-à-dire, par exemple, comportant des évidements coniques et/ou taraudés. En effet, les dépôts électrolytiques de type LIGA sont formés par couches successives de résine dont les cavités sont forcément droites, c’est-à-dire de section constante sur chaque épaisseur d’une couche. Par conséquent, il n’est actuellement pas possible de fabriquer une pièce électroformée complexe en une seule étape de galvanoplastie, c’est-à-dire sans usinage postérieur à l’électroformage. However, such methods are not suitable for complex parts, that is to say, for example, having conical recesses and / or tapped. Indeed, LIGA type electrolytic deposits are formed by successive layers of resin whose cavities are necessarily straight, that is to say of constant section on each thickness of a layer. Therefore, it is currently not possible to manufacture a complex electroformed piece in a single electroplating step, that is to say without machining after electroforming.
Résumé de l’invention Summary of the invention
[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un procédé de fabrication utilisant les avantages de l’usinage, de la photolithographie et de la galvanoplastie pour électroformer en une seule étape de galvanoplastie une pièce complexe. The object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages mentioned above by proposing a manufacturing process using the advantages of machining, photolithography and electroplating to electroform in a single step electroplating a room complex.
[0005] A cet effet, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce complexe électroformée caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes: a) former un substrat avec une couche supérieure sur une couche inférieure; b) usiner au moins un évidement dans la couche supérieure pour former de manière positive les futures géométries; c) remplir d’un premier matériau ledit au moins un évidement pour reproduire de manière négative les futures géométries; d) retirer la couche supérieure; e) déposer un deuxième matériau par galvanoplastie à partir de la couche inférieure afin de former en une seule étape lesdites géométries par recouvrement des formes négatives en premier matériau; f) libérer la pièce formée par le deuxième matériau en retirant le substrat et le premier matériau. For this purpose, the invention relates to a method for manufacturing an electroformed complex piece characterized in that it comprises the following steps: a) forming a substrate with an upper layer on a lower layer; b) machining at least one recess in the upper layer to positively shape future geometries; c) filling said at least one recess with a first material to negatively reproduce the future geometries; d) removing the top layer; e) depositing a second material by electroplating from the lower layer to form in one step said geometries by overlapping the negative forms of the first material; f) releasing the piece formed by the second material by removing the substrate and the first material.
[0006] On comprend donc que le procédé, avantageusement selon l’invention, permet l’utilisation des avantages de l’usinage, de la photolithographie et de la galvanoplastie pour électroformer en une seule étape de galvanoplastie une pièce mêlant des géométries simples et complexes avec une très bonne précision structurelle. It is therefore clear that the method, advantageously according to the invention, allows the use of the advantages of machining, photolithography and electroplating to electroform in a single step electroplating a piece mixing simple and complex geometries with very good structural accuracy.
[0007] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: According to other advantageous features of the invention:
- ledit au moins un évidement forme un trou dont la section n’est pas constante sur sa hauteur; said at least one recess forms a hole whose section is not constant over its height;
- ledit trou comporte au moins une extrémité évasée et/ou un taraudage; said hole comprises at least one flared end and / or a tapping;
- l’usinage lors de l’étape b) est prolongé dans une partie de la couche inférieure afin d’y fixer plus solidement le premier matériau déposé lors de l’étape c); the machining during step b) is prolonged in a part of the lower layer in order to fix more securely the first material deposited during step c);
- la couche supérieure est formée à base de cuivre; the upper layer is formed of copper;
- la couche inférieure est formée à base d’acier; the lower layer is formed of steel;
- le premier matériau est formé à base de résine photosensible; the first material is formed based on photosensitive resin;
- le premier matériau est retiré lors de l’étape f) par dissolution; the first material is removed during step f) by dissolution;
- le deuxième matériau est formé à base de nickel; the second material is formed on the basis of nickel;
- (a couche supérieure est retirée lors de l’étape d) par une attaque chimique sélective; the upper layer is removed in step d) by selective etching;
- la couche inférieure est retirée lors de l’étape f) par une attaque chimique sélective. the lower layer is removed during step f) by selective etching.
Description sommaire des dessins Brief description of the drawings
[0008] D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Other features and advantages will become apparent from the description which is given below, for information only and in no way limitative, with reference to the accompanying drawings, in which:
- les fig. 1 à 6 sont des représentations successives d’étapes de fabrication selon l’invention; - figs. 1 to 6 are successive representations of manufacturing steps according to the invention;
- les fig. 7 à 10 sont des pièces électroformées obtenues à partir du procédé selon l’invention. - figs. 7 to 10 are electroformed pieces obtained from the process according to the invention.
2 Description détaillée des modes de réalisation préférés Detailed Description of the Preferred Embodiments
[0009] Le procédé selon l’invention sera mieux compris en relation avec les fig. 1 à 6. Dans une première étape a) illustrée à la fig. 1 , le procédé selon l’invention consiste à former un substrat 1 avec une couche supérieure 3 solidarisée sur une couche inférieure 5. The method according to the invention will be better understood in relation to FIGS. 1 to 6. In a first step a) illustrated in FIG. 1, the method according to the invention consists in forming a substrate 1 with an upper layer 3 secured to a lower layer 5.
[0010] Préférentiellement selon l’invention, la couche inférieure 5 est formée à base d’un matériau électriquement conducteur pour faciliter la réalisation de l’étape e) de galvanoplastie. Ainsi, de manière non limitative, des couches en acier ou en nickel sont envisageables. Preferably according to the invention, the lower layer 5 is formed based on an electrically conductive material to facilitate the realization of the electroplating step e). Thus, without limitation, layers of steel or nickel are possible.
[0011 ] Bien entendu, alternativement à une couche unique d’un matériau électriquement conducteur, il est également possible d’utiliser une couche formée par un matériau quelconque revêtu d’une couche électriquement conductrice. Of course, alternatively to a single layer of an electrically conductive material, it is also possible to use a layer formed by any material coated with an electrically conductive layer.
[0012] Préférentiellement selon l’invention, la couche supérieure 3 est formée à base d’un matériau malléable pour faciliter la réalisation de l’étape b) d’usinage. Ainsi, de manière non limitative, des couches en cuivre ou en aluminium sont envisageables. Preferably according to the invention, the upper layer 3 is formed based on a malleable material to facilitate the realization of the step b) machining. Thus, in a nonlimiting manner, layers of copper or aluminum are possible.
[0013] Le type de solidarisation entre la couche inférieure 5 et la couche supérieure 3 ne revêt pas d’importance pour la présente invention. La solidarisation peut, à titre d’exemple, être obtenue par galvanoplastie d’une couche sur l’autre de manière indifférente entre la couche inférieure et la couche supérieure, par collage ou par laminage. The type of connection between the lower layer 5 and the upper layer 3 is not important for the present invention. The bonding may, for example, be obtained by electroplating one layer on the other indifferently between the lower layer and the upper layer, by bonding or by rolling.
[0014] Comme illustré à la fig. 2, la deuxième étape b) du procédé consiste à usiner au moins un évidement 2, 4 dans la couche supérieure 3 pour former de manière positive les futures géométries. Comme expliqué ci-dessus, les géométries qui sont particulièrement visées, sont, par exemple, un trou dont la section n’est pas constante sur sa hauteur, c’est-à-dire comportant au moins une partie évasée et/ou un taraudage. Au moins une partie évasée s’entend comme, par exemple, un trou totalement conique, et/ou muni d’un lamage et/ou d’un chambrage et/ou d’une fraisure. As illustrated in FIG. 2, the second step b) of the method consists in machining at least one recess 2, 4 in the upper layer 3 to positively shape the future geometries. As explained above, the geometries that are particularly targeted, are, for example, a hole whose section is not constant over its height, that is to say having at least one flared portion and / or tapping . At least one flared portion is understood as, for example, a hole completely conical, and / or provided with a countersink and / or a recess and / or a countersink.
[0015] On comprend ainsi qu’on utilise la précision avantageuse d’un usinage avant la fabrication proprement dite de la pièce électroformée, c’est-à-dire qu’on réalise un usinage sur un substrat 1 choisi pour obtenir la meilleure précision possible et non pas en subissant ses contraintes a posteriori sur la pièce électroformée. It is thus understood that the advantageous precision of a machining before the actual manufacture of the electroformed piece is used, that is to say that a machining is performed on a substrate 1 chosen to obtain the best accuracy possible and not undergoing its constraints a posteriori on the piece electroformed.
[0016] Selon une variante de l’invention, l’usinage lors de l’étape b) est prolongé dans une partie de la couche inférieure 5 comme illustré à la fig. 2 afin d’y fixer plus solidement le premier matériau qui sera déposé lors de l’étape c). According to a variant of the invention, the machining during step b) is extended in a portion of the lower layer 5 as illustrated in FIG. 2 to fix more securely the first material to be deposited in step c).
[0017] Comme illustré à la fig. 3, la troisième étape c) du procédé consiste à remplir d’un premier matériau 7 ledit au moins un évidement 2, 4 pour reproduire de manière négative les futures géométries. Préférentiellement, le premier matériau 7 est une résine photosensible positive ou négative afin d’obtenir une très bonne précision de reproduction. As illustrated in FIG. 3, the third step c) of the method comprises filling with a first material 7 said at least one recess 2, 4 to negatively reproduce the future geometries. Preferably, the first material 7 is a positive or negative photosensitive resin in order to obtain a very good reproduction accuracy.
[0018] L’étape c) consiste ainsi, de manière préférée, à déposer la résine photosensible 7 à la tournette (également connu sous les termes anglais «spin coating») puis à sélectivement illuminer ladite résine, par exemple au travers d’un masque partiellement ajouré, afin de laisser la résine 7 réticulée uniquement au niveau desdits évidements 2, 4. Step c) thus consists, preferably, in depositing the photoresist 7 by spin coating (also known as "spin coating") and then selectively illuminating said resin, for example through a partially open mask, to leave the resin 7 cured only at said recesses 2, 4.
[0019] A titre de variante au mode de réalisation préféré, il est également possible d’entièrement recouvrir la couche supérieure 3 de résine 7 puis d’usiner le dessus du substrat 1 afin de rendre sa partie supérieure parfaitement plane. As an alternative to the preferred embodiment, it is also possible to completely cover the upper layer 3 of resin 7 and then machine the top of the substrate 1 to make its upper part perfectly flat.
[0020] Comme illustré à la fig. 4, la quatrième étape d) du procédé consiste à retirer la couche supérieure 3 pour ne laisser que le premier matériau 7 saillir de la couche inférieure 5. On comprend mieux à, cette étape d), l’intérêt de la variante de l’étape b) destinée à fixer plus solidement le premier matériau 7. As illustrated in FIG. 4, the fourth step d) of the method consists in removing the upper layer 3 to leave only the first material 7 protrude from the lower layer 5. It is better understood at this step d), the interest of the variant of the step b) for fixing more securely the first material 7.
[0021 ] De manière préférée, l’étape d) est réalisée par une attaque chimique sélective, c’est-à-dire une attaque qui n’altère ni le premier matériau 7 ni la couche inférieure 5. Preferably, step d) is carried out by a selective etching, that is to say an attack that does not alter the first material 7 nor the lower layer 5.
[0022] De plus en variante, comme visible à la fig. 4, au moins un autre matériau 9 peut être déposé après l’étape d) afin de former des géométries plus simples et/ou borner le dépôt de la future galvanoplastie de l’étape e). Préférentiellement, ledit au moins un autre matériau 9 est une résine photosensible positive ou négative afin d’obtenir une très bonne précision de fabrication. In addition, alternatively, as shown in FIG. 4, at least one other material 9 can be deposited after step d) in order to form simpler geometries and / or to limit the deposit of the future electroplating of step e). Preferably, said at least one other material 9 is a positive or negative photosensitive resin in order to obtain a very good manufacturing accuracy.
[0023] Comme illustré à la fig. 5, la cinquième étape e) du procédé consiste à déposer un deuxième matériau 11 par galvanoplastie à partir de la couche inférieure 5 électriquement conductrice afin de former en une seule étape la pièce 13 avec lesdites géométries complexes par recouvrement des formes négatives en premier matériau 7 et, éventuellement, les géométries plus simples par recouvrement dudit au moins un matériau 9. As illustrated in FIG. 5, the fifth step e) of the method consists in depositing a second material 11 by electroplating from the electrically conductive lower layer 5 in order to form in a single step the part 13 with said complex geometries by covering the negative shapes in first material 7 and, optionally, the simplest geometries by covering said at least one material 9.
[0024] Préférentiellement selon l’invention, la pièce 13 est formée à base d’un matériau 1 1 électriquement conducteur nécessaire à la réalisation de l’étape e) de galvanoplastie. Toutefois, préférentiellement, le deuxième matériau 1 1 sera différent de celui utilisé pour la couche inférieure 5 afin de faciliter l’étape f) de libération de la pièce 13. Ainsi, de manière non limitative, des couches en or ou à base de nickel comme du nickel-phosphore sont envisageables. Preferably according to the invention, the part 13 is formed based on a 1 1 electrically conductive material necessary for the realization of the electroplating step e). However, preferably, the second material 1 1 will be different from that used for the lower layer 5 to facilitate step f) of release of the part 13. Thus, without limitation, gold or nickel-based layers as nickel-phosphorus are conceivable.
[0025] Comme illustré à la fig. 6, la sixième et dernière étape f) du procédé consiste à libérer la pièce 13 formée par le deuxième matériau 1 1 en retirant le substrat 1 , le premier matériau 7 et, éventuellement, ledit au moins un autre matériau 9. As illustrated in FIG. 6, the sixth and last step f) of the method consists in releasing the piece 13 formed by the second material 11 by removing the substrate 1, the first material 7 and, optionally, the at least one other material 9.
[0026] Préférentiellement, le premier matériau 7 et, éventuellement, ledit au moins un autre matériau 9 sont retirés lors de l’étape f) par dissolution de la résine photosensible. De plus, de manière préférée lors de l’étape f), une attaque chimique sélective de la couche inférieure 5 est réalisée, c’est-à-dire une attaque qui ne désagrège que la couche inférieure 5. Preferably, the first material 7 and, optionally, said at least one other material 9 are removed during step f) by dissolving the photosensitive resin. In addition, preferably in step f), a selective chemical etching of the lower layer 5 is carried out, that is to say an attack which only disintegrates the lower layer 5.
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Claims (12)
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CH6252011A CH704803B1 (en) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | A method of manufacturing a complex electroform. |
Applications Claiming Priority (1)
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CH6252011A CH704803B1 (en) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | A method of manufacturing a complex electroform. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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CH704803A2 true CH704803A2 (en) | 2012-10-15 |
CH704803B1 CH704803B1 (en) | 2015-03-31 |
Family
ID=47002402
Family Applications (1)
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CH6252011A CH704803B1 (en) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | A method of manufacturing a complex electroform. |
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CH (1) | CH704803B1 (en) |
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2011
- 2011-04-07 CH CH6252011A patent/CH704803B1/en unknown
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CH704803B1 (en) | 2015-03-31 |
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