CN105708062B - 用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法以及通过该方法制造的装饰元件 - Google Patents

用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法以及通过该方法制造的装饰元件 Download PDF

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Abstract

本发明的方法能够制造用于钟表或首饰的装饰元件。该装饰元件例如可以是手表表盘。该方法包括以下步骤：取得基底，在所述基底上按照所编程图案微加工形成模具或装饰隔墙，以及用至少一种填充材料填充所述模具或装饰隔墙，以获得装饰元件。该填充材料可以是珐琅。

Description

用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法以及通过该方法制造 的装饰元件
技术领域
本发明涉及制造用于钟表或首饰的至少一个装饰元件的方法。
本发明还涉及根据该制造方法获得的装饰元件。
背景技术
为了装饰钟表或者首饰的元件或部件，可使用热施珐琅技术，特别是已经在元件或者部件上形成一组孔室或隔墙(partition)之后。已知为“掐丝珐琅”的这种传统技术是多种珐琅技术中的一种，该多种珐琅技术尤其包括：“灰调珐琅(grisaille)”、干法镶嵌、珐琅涂彩、“镂雕/围填法(champlevé)”、“透底珐琅(basse-taille)”、“镂空珐琅/脱模法(plique-à-jour)”、浮雕珐琅、“金箔镶嵌珐琅(paillonné)”，以命名主要技术。这种传统装饰技术的原理包括人工形成由金属丝隔墙形成的设计，然后在金属或陶瓷载体上用连续多层透明或不透明珐琅来填充隔墙。已知为珐琅的玻璃态物质的原材料主要是其形式为非常纯的砂的硅石、长石、伟晶岩、白垩、石灰以及有时包括高岭土，它们与金属化合物相结合以给珐琅上色。在部件表面上沉积的该物质被烧制，直到其熔化并且附着到金属或陶瓷部件上。通过各种人工步骤形成装饰物的过程很长，并且不能从一个部件到另一个部件以相同的方式再现，这是一个缺陷。
在“掐丝珐琅”或隔墙技术的情况下，通常需要至少九个步骤来形成装饰元件。在第一步骤中，必须直接在纸上或者在计算机上形成图案的绘图，其中在计算机的情况下还进行绘图的真实尺寸的打印。在第二步骤中，在用作基础的绘图上利用金属丝手工形成装饰图案。在第三步骤中，尤其通过手工雕刻、机械雕刻或者徒手雕刻在金属或陶瓷载体上再现绘图。在第四步骤中，利用第一透明珐琅层给金属或陶瓷载体施加珐琅。在第五步骤中，将装饰图案设置在被施加珐琅的陶瓷或金属载体上以形成“掐丝珐琅”或隔墙图案。在第六步骤中，将装饰图案粘接到金属或陶瓷载体上以保持该隔墙。在第六补充步骤中，使固定到陶瓷或金属载体的装饰图案平齐。第七步骤包括烧制具有被粘接的隔墙的被施加珐琅的载体，以便随着珐琅熔化将隔墙限制在珐琅中，以获得坚实和硬化的隔墙。在第八步骤中，在若干设置和烧制阶段执行施加珐琅的操作。第九步骤包括对施加珐琅的部件进行打磨(stoning)和抛光。这构成了制造装饰元件的这种方法的非常大量的步骤，这是一个缺陷。
还应指出，关于上述用于制造装饰元件的技术，仍存在一些问题。这些问题一方面是装饰物的人工制造及其几何形状、设置和保持。装饰物是弯曲成简单几何形状的金属丝或金属条。这些丝或条通过粘接被保持在一起，这具有既不稳固也不防渗透的缺陷。
瑞士专利申请No.707533A2描述了一种用于制造以刺绣装饰的手表表盘的方法。首先，在帆布或刺绣中形成贴花刻蚀。一旦在覆盖或复制片层上穿刺形成希望的设计，则在覆盖片层上散布粉末。然后，将该设计印制在帆布上以突显该设计用于刺绣操作，其在印制步骤之后。一旦刺绣完成，则将经过装饰的帆布结合到载体(诸如手表表盘)上。此方法也包括非常大量的用于装饰手表表盘的步骤，这是一个缺陷。此外，使用此方法无法形成具有复杂形状的装饰物。
欧洲专利申请No.2316299A1描述了一种钟表或首饰以及它们的制造方法。该钟表或首饰包括金属基础结构，其具有浮雕装饰，并且具有利用附着层沉积在该结构的表面上的弹性体层。此装饰设计是通过铣削或化学刻蚀或激光或冲压获得的，但是其无法形成具有复杂形状的足够精细的装饰物，这是一个缺陷。
欧洲专利申请No.2806315A2描述了诸如有色表盘或者显示器的手表部件的形成。为此，使用不透明的硅晶片作为在其上沉积氮化硅构成的第一薄膜的基部。在第一薄膜上布置感光树脂掩模以用于光刻操作。将树脂的被照射部分去除，并且刻蚀第一薄膜。此后，沉积金属或者陶瓷层。但是，难以获得足够精细且具有复杂形状的装饰物，这是一个缺陷。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法，该方法克服了上述现有技术的缺陷以有助于制造这样的装饰元件，并且具有可再现性。
为此，本发明涉及一种用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法，该方法包括独立权利要求1所述的特征。
用于制造装饰元件的方法的特定步骤在从属权利要求2至12中被限定。
该用于制造装饰元件的方法的一个优点在于，能够制造具有复杂形状的三维装饰物。可直接在金属、陶瓷或者陶瓷-金属物体(诸如瓷金(cermet))上以工业规模制成装饰物。为了提高与装饰物的附着，可利用来自与装饰物材料同一族的金属或陶瓷或瓷金层对物体进行处理。在计算机上对装饰物进行预先绘制或者预先编程，这使得可形成非常复杂的并且可再现的大量装饰物。这使得可减少制造所述装饰元件的步骤的数量。在“掐丝珐琅”技术的情况下，可仅具有5个制造步骤，并且所制成的隔墙是防渗透的。
用于制造装饰元件的方法的一个优点在于以下事实：可通过例如在至少一种金属或陶瓷或陶瓷-金属粉末(诸如瓷金)上执行的选择性激光或电子束烧结或者熔化技术，在基底上获得隔墙或者壁或者模具。术语“熔化(melting)”与金属粉末相关联，而术语“烧结(sintering)”与陶瓷或陶瓷-金属粉末相关联。一旦在基底上制成金属或陶瓷或陶瓷-金属粉末隔墙，则将诸如珐琅的填充材料插入该隔墙以用于施加珐琅的操作。对于被用于冷施珐琅技术的某些应用，可使用包含颜料的热硬化聚合物。这种聚合物可以是环氧型树脂。
有利地，还可在金属或半导体基底(诸如硅)上使用LIGA型方法，以在插入填充材料之前在基底上形成壁或隔墙或模具，该填充材料可以是珐琅或聚合物或金属或陶瓷合金或瓷金。随后，可去除基底以获得装饰元件，其仅包括隔墙和布置在隔墙之间的有色的填充材料。
有利地，一旦填充材料被部分或者完全插入隔墙或者模具，可对于粉末执行一个或多个额外的选择性烧结或选择性熔化操作以获得三维装饰物，其可以被限制在填充材料内，也可不被限制在填充材料内。
为此，本发明还涉及根据制造装饰元件的方法获得的装饰元件，其包括独立权利要求13中所述的特征。
装饰元件的具体实施例在从属权利要求14和15中被限定。
附图说明
用于钟表或首饰的装饰元件的制造方法以及所获得的装饰元件的目的、优点和特征在以下参照附图的描述中将更加清楚，在附图中：
图1示出根据本发明的用于在手表部件或首饰的元件上制造壁或隔墙的选择性烧结或选择性熔化机器的简化视图，
图2示出根据本发明制成的具有壁或隔墙的手表部件或首饰的元件，以及
图3示出根据本发明的在施加珐琅操作之后的手表部件或首饰的元件。
具体实施方式
在以下的描述中，在现有技术中公知的用于形成手表或首饰元件的装饰图案的任何技术将仅以简化的方式被提及。装饰图案涉及通过被定义为微加工技术的技术在基底上沉积的壁或隔墙或模具。
优选地，本发明尤其涉及将大批量制造过程应用于“掐丝珐琅”和“镂空珐琅”技术的一些步骤。对于这两种技术，例如可以通过首先用金属丝或条创建隔墙来施加珐琅形成立体图案。这些隔墙优选地被设置在基底上，该基底可以是金属或者下文给出的其它材料。
用于制造手表或首饰的装饰元件的方法包括以下第一必要步骤：通过微加工技术在基底上创建隔墙或壁或模具。基底可以是结晶或非晶金属材料、陶瓷、半导体、瓷金、或任何其它材料。关于陶瓷，其涉及氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、钛酸铝和氮化铝、或者其它类型的陶瓷。基底还可由石英、玻璃、蓝宝石、刚玉或者其它类型的宝石制成。模具或者隔墙的材料可与基底的材料相同。当在第一步骤之后进行施加珐琅的操作时，用于基底的材料和隔墙的材料必须能够在施加珐琅期间耐受熔炉中的烧制。
由隔墙限定的装饰图案首先在计算机中被绘制或编程，并且所存储的绘图或图案数据被发送至微加工机器以便形成所述隔墙。此后，执行另一操作以便用填充材料填充隔墙，该填充材料可以是热硬化聚合物、金属合金、陶瓷、瓷金或者优选的含有颜料的珐琅。珐琅可被热地或冷地沉积或者固定。在进行施加珐琅操作的情况下，此操作将在下文简要描述。
图1示出用于在手表或首饰的元件的基底上形成壁、隔墙或模具的技术中的一种。此技术是在基底上对粉末(尤其是金属、陶瓷或陶瓷-金属粉末)进行选择性激光烧结或选择性激光熔化。金属粉末可以是钢、镍、镍铬、镍铬钼、钛、铜、金或其它金属或金属合金。如果随后执行施加珐琅的操作，则这种类型的金属材料通常必须具有比珐琅更高的熔点。
选择性熔化或选择性烧结机器1主要包括激光单元和扫描仪2，其用于生成指向布置在板8上的金属、陶瓷或陶瓷-金属粉末5的激光束3，基底7’最初设置在该板8上。激光束3沿所存储的要形成的图案的线条指向粉末。由作为能量源的激光束3进行加热的结果是，金属粉末的一部分熔化并且凝聚或固化以在基底7’上形成要创建的图案的结构部分7。
由于粉末的选择性熔化通常分层进行，所以一旦激光束3已经沿所限定的线条扫描粉末5的整个表面，板8可向下移动一级(a notch)。可通过粉末进给器或者粉末分配设备(诸如板8上方的辊子6或刮板)从粉末贮存器的另一板4推送另一层金属粉末5。激光束3再次扫描新的粉末，以使粉末5的一部分在先前的结构部分7上凝聚。该另一板4也可向上移动一级以从粉末贮存器取出粉末5的另一部分，从而该另一部分可在后续步骤中由粉末进给器推送。
当然，作为使用激光束的替代，还可构想执行选择性电子束熔化(SLM)操作或选择性电子束烧结操作。还可使用添加式制造机器(additive fabrication machine)来形成一个金属和/或陶瓷和/或陶瓷-金属层，或者多个金属和/或陶瓷和/或陶瓷-金属层的叠加，以便创建金属或陶瓷或陶瓷-金属(诸如瓷金)夹心层。
应指出，在金属粉末5的情况下，其以薄层(典型地约为50μm)的形式被沉积在板8上的元件的基底7’上。这些连续的层被一个接一个地选择性熔化，以形成所希望的图案的复杂金属隔墙。根据颗粒尺寸和所使用的选择性熔化条件，即激光束或电子束3的扫描速度和能量，选择性激光或电子束熔化的精度在0.1mm到0.02mm的范围内。这使得可形成元件的非常精确的装饰物。
应指出，例如对于陶瓷或瓷金粉末还可在基底上执行选择性烧结。例如，对于氧化钇稳定氧化锆类型的陶瓷粉末，可进行选择性激光烧结。对于这样的选择性烧结，陶瓷粉末可以包括或者不包括粘合剂，该粘合剂可以是聚合物材料。一种类型的粘合剂可以是甲基聚丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲基乙基酮(MEK)。对于金属粉末，不使用粘合剂，因为被照射的粉末熔化并随后固化。
原则上，为了实现基底上的粉末的选择性熔化或选择性烧结，还可在所述基底上形成至少一个中间层，以确保熔合的或烧结的粉末与基底材料的良好结合。最初，可在金属基底上形成例如白色的或者透明的第一珐琅层，在其上对陶瓷或陶瓷金属粉末执行选择性激光或电子束烧结以获得模具或装饰隔墙。也可沉积一个或多个PVD或电镀金属层，其也可用作用于电镀生长的基础导电层。在例如对金属粉末的选择性激光或电子束熔化操作之前，还可在基底的表面处熔化低温焊料。一旦已经形成隔墙或模具并且插入了填充材料，还可添加额外的金属或陶瓷或陶瓷-金属类型的层以创建三维图案。
一旦完成了图案7，可通过去除图案结构周围的所有未固化的金属粉末，将具有该图案的元件从选择性熔化或选择性烧结机器1取下。在图2的三维视图中，例如为手表表盘形式的此元件示出为具有其图案。优选地，对于使用热施珐琅的部件，为了在热施珐琅期间防止氧化，可构想在隔墙或模具上沉积电镀层。此电镀层由贵金属或金属合金构成，诸如24k金、精细铂(fine platinum)、精细铑、精细钯、或者任何其它贵金属或金属合金。
此后，可对具有所创建图案的隔墙或模具的元件执行施加珐琅操作。为此，用玻璃态物质填充隔墙之间的空间。这些玻璃态物质的原材料主要是硅石、长石、伟晶岩、白垩、石灰以及有时包括高岭土，它们与金属化合物相结合以给珐琅上色。一旦对元件的图案的隔墙填充玻璃态物质，则在熔炉中例如在接近800℃的温度对于珐琅执行烧制，该珐琅熔合到金属物体上。表盘形式的装饰元件在图3中示出。
一旦施加珐琅的操作结束，还可构想通过机加工或选择性溶解操作去除基底，该基底例如是金属或陶瓷或陶瓷-金属的，或甚至由半导体材料制成。因此，在该方法之后获得的装饰元件包括被图案结构包围的珐琅部分。
当然，一旦在选择性熔化或选择性烧结操作之后在基底上完成了图案7，则可构想利用不同于珐琅的填充材料填充所形成的隔墙。特别地，作为填充材料可使用热硬化聚合物(环氧树脂类型)、金属、陶瓷或其它材料，其在固化或固结或聚合操作之前以粉末或液体形式被布置在隔墙中。可选择不同颜色的填充材料7来填充隔墙，以便制造装饰元件。
还可构想用于在手表或首饰的元件的基底上形成壁、隔墙或模具的另一种技术。根据本发明，可使用LIGA(德语术语为Lithographie,Galvanofomung und Abformung)方法在基底上形成壁或隔墙或模具。在此情况下，该基底优选为半导体基底，诸如硅、或甚至砷化镓，其可具有用于电铸成型操作的上部导电层。然而，还可使用典型地由铜制成的金属基底，这可避免在基底的表面上制成导电层的需要。
在其上部具有导电层的基底上沉积感光树脂。此感光树脂可以是基于聚酰亚胺PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的树脂，可以从壳牌化学公司得到的标号为SU-8的八官能环氧化酚醛树脂，以及从三芳基硫盐中选择的光引发剂。此树脂可通过紫外光(UV)照射而发生光聚合作用。但是，还可构想使用对于通过同步加速器生成的X射线敏感的树脂，但是此操作对于在基底上制造模具或隔墙而言过于昂贵。
将要在元件的基底上形成的图案的轮廓掩模布置在树脂上。掩模可以是玻璃板，在其上根据要制成的图案形成具有不透明的和透明的部分的掩蔽层。例如紫外光类型的光照射被引导至掩模上以照射树脂的未被掩蔽的部分。当使用这种类型的树脂(负型感光树脂)时，未被照射的部分可通过物理或化学手段被去除。这使得可在树脂的被去除部分中限定隔墙或模具的形状。
应指出，对于包括根据要制成的图案而具有不透明的和透明的部分的掩蔽层的掩模，也可使用正型感光树脂。此掩模是与负型树脂一起使用的掩模的逆掩模。在此情况下，被去除的是树脂的被照射部分。
此后，执行电铸成形或电镀操作。在树脂的开口部分中从基底的表面处形成的导电层生长至少一种金属材料。一旦所沉积的金属层的厚度足以限定希望的装饰物的图案，则树脂可被去除。此后，可通过在所限定的隔墙中插入一种或多种玻璃态物质并且在熔炉中对其进行烧制，来立即执行施加珐琅的操作。但是，如上所述，也可用不同类型的填充材料来填充隔墙。
应指出，通过LIGA工艺沉积的金属材料可以是镍或镍磷合金，或者基于铜的合金、金或甚至钢。原则上，可使用能通过电镀方法沉积的任何金属或金属合金，或甚至非晶态金属。
根据一种与参照LIGA方法描述的技术非常相似的技术，可构想使用低温焊料，来代替在树脂中形成的隔墙内的电镀或电沉积操作。焊料可有利地被直接固定到基底上(在基底由金属材料制成的情况下)，或者被固定到基底的表面处的导电层例如金属层上。
优选地，通过用于在元件上形成装饰图案的不同技术，可寻求制造诸如手表表盘的装饰元件。对于手表表盘装饰物，填充材料可被插入所形成的模具或隔墙中。此填充材料可以是热硬化聚合物、金属合金、陶瓷、瓷金或者任何其它类型的有色填充材料。此类型的填充材料可以在室温或者必须低于隔墙和基底的材料的熔点的温度下固定在隔墙中。如果填充材料是珐琅，则具有布置在隔墙中的玻璃态物质的表盘也必须在熔炉中在相当高的温度下被烧制。
还应指出，可在该制造方法的每一步骤，例如在基底上添加中间附着层以形成隔墙或模具。此后，可向具有填充材料的装饰元件或隔墙添加另一附着层，以便通过前述技术之一添加一个或多个另外的装饰层。装饰层可以是金属、陶瓷和/或陶瓷-金属层，其是通过对透明或不透明珐琅上的粉末进行选择性激光或电子束烧结或熔化而获得的，以在施加珐琅的结构中形成一个或多个二维或三维图案。基底还可以具有中空部，以提高隔墙之间的填充材料的机械附着。
在选择性烧制或者选择性熔化操作期间，可构想组合金属粉末与陶瓷或陶瓷-金属粉末。首先，可对金属粉末进行第一选择性熔化操作，此后进行填充材料的填充操作，然后对陶瓷或陶瓷-金属粉末进行第二选择性烧结操作。可在元件先前的层上执行对粉末的一个或多个另外的选择性熔化或选择性烧结操作，以形成夹心结构。因此，通过一系列熔合的或烧结的粉末层，可在填充材料上或者还在隔墙或模具上形成二维或三维图案。当然，可在第一操作中使用陶瓷粉末或者陶瓷-金属粉末，而在第二操作中使用金属粉末。
基于上文给出的描述，在不背离权利要求所限定的本发明范围的情况下，本领域技术人员可构想用于制造钟表或首饰的装饰元件的方法的多种变型。装饰元件还可以是手表表盘、手表指针、或者日期盘、或者手表的其它部件，诸如秒轮、摆锤或者表壳的后盖。

Claims (15)

1.一种制造钟表或首饰的装饰元件的方法，该方法包括以下步骤：
-取得基底(7’)，
-在使用激光束(3)或电子束的选择性熔化或选择性烧结机器(1)中或者在金属、陶瓷或陶瓷-金属材料的添加式制造机器中，沿着所存储的要被形成的图案的线条，对基底(7’)上的第一粉末进行第一选择性熔化或选择性烧结，以获得第一模具或装饰隔墙，
-利用至少一种填充材料填充所述第一模具或装饰隔墙，
-在填充材料上或填充材料中和/或在第一模具或装饰隔墙上对至少第二粉末执行一个或多个另外的选择性熔化或选择性烧结操作，以获得至少一个另外的模具或装饰隔墙，
-利用至少一种填充材料填充所述另外的模具或装饰隔墙，以获得所述装饰元件。
2.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述第一和/或另外的模具或装饰隔墙被填充玻璃态物质以用于施加珐琅操作，所述施加珐琅操作包括在炉中烧制所述玻璃态物质以获得所述装饰元件。
3.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，一旦所述另外的模具或装饰隔墙被填充附着到所述另外的模具或装饰隔墙的壁上的凝固的填充材料，则执行机加工或者选择性溶解操作以去除基底，所述基底是金属或者陶瓷或者陶瓷-金属材料。
4.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述基底设置有至少一个金属和/或陶瓷和/或瓷金层，以便在使用激光束(3)或电子束的选择性熔化或者选择性烧结期间提高所述基底与金属和/或陶瓷和/或瓷金粉末的附着力。
5.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述第一和/或另外的模具或装饰隔墙是通过对多个粉末层进行连续的选择性激光束(3)或电子束熔化或烧结而获得的，或者是在添加式制造机器中通过多个金属或陶瓷或瓷金层的叠加而获得的。
6.根据权利要求3所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述基底是瓷金的。
7.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述第一和/或另外的模具或装饰隔墙由电镀层保护，所述电镀层由贵金属或金属合金构成以防止在热施珐琅操作期间发生氧化作用。
8.根据权利要求1所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所使用的第一粉末和第二粉末是金属粉末、陶瓷粉末和陶瓷-金属粉末中的任一种。
9.根据权利要求8所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所使用的陶瓷粉末是具有或者不具有粘合剂的陶瓷粉末。
10.根据权利要求8所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所使用的陶瓷-金属粉末是瓷金粉末。
11.一种制造钟表或首饰的装饰元件的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-取得基底(7’)，
-在使用激光束(3)或电子束的选择性熔化或选择性烧结机器(1)中或者在金属、陶瓷或陶瓷-金属材料的添加式制造机器中，沿着所存储的要被形成的图案的线条，对基底(7’)上的第一粉末进行第一选择性熔化或选择性烧结，以形成第一模具或装饰隔墙，
-利用至少一种填充材料填充所述第一模具或装饰隔墙，
-在填充材料上或填充材料中和/或在第一模具或装饰隔墙上沉积一层正型感光树脂或负型感光树脂；
-在感光树脂上放置要形成的图案的轮廓掩模，
-穿过所述掩模照射树脂，
-在感光树脂为正型感光树脂的情况下去除树脂的被照射部分，或者在感光树脂为负型感光树脂的情况下去除树脂的未被照射部分，
-用金属填充树脂的被去除部分，以形成金属的另外的模具或装饰隔墙，
-去除所有树脂，以及
-用至少一种填充材料填充该另外的模具或装饰隔墙，以获得装饰元件。
12.根据权利要求11所述的制造装饰元件的方法，其特征在于，所述另外的模具或装饰隔墙是通过在树脂的开口部分中通过电镀或电沉积操作生长至少一种金属材料而生成的。
13.一种钟表或首饰的装饰元件，其特征在于，该装饰元件由根据权利要求1至12中任一项所述的方法获得。
14.根据权利要求13所述的装饰元件，其特征在于，所述第一和/或另外的模具或装饰隔墙由金属制成，并且填充材料是有色珐琅，填充材料的颜色从一个模具或装饰隔墙到另一个模具或装饰隔墙是不同的。
15.根据权利要求13所述的装饰元件，其特征在于，所述第一和/或另外的模具或装饰隔墙由金属制成，并且填充材料是热硬化聚合物、金属、金属合金、陶瓷或瓷金，填充材料从一个模具或装饰隔墙到另一个模具或装饰隔墙具有不同颜色。
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