EP3865955A1 - Procédé de fabrication d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc Download PDF

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EP3865955A1
EP3865955A1 EP20157741.8A EP20157741A EP3865955A1 EP 3865955 A1 EP3865955 A1 EP 3865955A1 EP 20157741 A EP20157741 A EP 20157741A EP 3865955 A1 EP3865955 A1 EP 3865955A1
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modulation
laser light
relief
clockwork
piece
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EP20157741.8A
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Simon Springer
Ahmad Odeh
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Swatch Group Research and Development SA
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
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    • G—PHYSICS
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0002—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe
    • G04D3/0017—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of gearworks
    • G04D3/002—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of gearworks for gear wheels or gears
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    • G04D3/0069—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams

Definitions

  • the field of the invention relates to that of manufacturing processes for timepieces.
  • the machining of timepieces is carried out in several stages, such as, for example, the manufacture first of all of the pinion and of the axis of rotation and in a second stage the assembly of a wheel with the pinion and the 'axis.
  • This method has many limits such as for example that of alignment so that the pinion and the wheel mesh simultaneously, not to mention the orientation, the flatness of the parts and their centering.
  • the assembly of the wheel on the axis of rotation requires a certain force on the parts and can cause deformation of the wheel or the axis.
  • said manufacturing method (500) comprises a step of rotating during said at least one step of exposing at least a first portion of said at least one single piece and / or during said at least one step of exposing at least a second portion of said at least one single piece.
  • said manufacturing method (500) comprises at least one step of forming at least one first relief, in particular at least one first convex relief or at least one first concave relief, and / or at least one step forming at least one second relief, in particular at least one second convex relief or at least one second concave relief.
  • the crystalline, composite or amorphous material is ceramic, quartz, glass, precious stone, metal, silicon, polymer, biological material and / or cermet.
  • said step of transmitting a first modulation and / or a second modulation of the laser light in power and in time is configured to manufacture an axis of clockwork mechanisms, a pivot of clockwork mechanisms. 'clockwork, a stem of clockwork mechanisms, a pin of clockwork mechanisms, a gear of clockwork mechanisms, a wheel of clockwork mechanisms and / or a pinion of clockwork mechanisms or a combination of these mechanical timepieces, preferably an axis-pivot-pinion or pin-pinion-wheel.
  • said step of modulating the laser light in power and in time is configured to smooth and / or polish a surface of said one-piece mechanical timepiece.
  • the smoothing and / or polishing step can be carried out by the same process.
  • said first modulation and / or second modulation of the laser light in power and in time is configured to satin-finish and / or mattify a surface of said one-piece mechanical timepiece.
  • said manufacturing process comprises at least one step of structuring, coloring, marking, cutting, drilling, etching and / or ablation.
  • the present invention relates to the use of a laser light source for forming at least one first relief, in particular at least one first convex relief or at least one first concave relief, at least one second relief, in particular at least one second convex relief or at least one second concave relief and / or for structuring, coloring, marking, cutting, drilling, engraving and / or sculpting a one-piece mechanical timepiece.
  • the present invention relates to the use of a laser light source to form a one-piece mechanical timepiece comprising at least a first portion 530 with at least a first volume and at least a second portion 550 with a second volume.
  • said timepiece is manufactured according to a manufacturing process 500 by laser light described below.
  • a single piece of crystalline, composite or amorphous material which can be, depending on the part to be manufactured, ceramic, quartz, glass, precious stone, metal, silicon, polymer , biological material such as wood, mother-of-pearl to name a few, and / or cermet.
  • Said one-piece mechanical timepiece is placed in the path of said laser light which emits a first modulation 520 in power, geometry and time.
  • said laser light is modulated according to certain parameters so that upon exposure of at least a first portion 530 of said one-piece part, a first volume is formed.
  • said one-piece mechanical timepiece is placed in the path of said laser light which emits a second modulation 540 in power, geometry and time, preferably different from the first modulation 520.
  • a second volume is formed.
  • said second modulation 540 just like said first modulation 520, of the laser light in power and time so as to satin-finish and / or mattify a surface of said one-piece mechanical timepiece, and this, preferably, at the end of the formation of the second volume.
  • said at least one integral part is rotated 560 in order to obtain one-piece mechanical timepieces having symmetry.
  • a step of structuring 570 of coloring, of marking, of cutting, of drilling, of etching and / or of ablation, which can be inserted at any time of said manufacturing process 500 , such as for example during the emission of the first modulation (520) and / or of the second modulation (540) of said laser light in power.
  • the result or the product of this manufacturing process can be in the form of an axis of clockwork mechanisms, of a pivot of clockwork mechanisms, of a rod of clockwork mechanisms, of a pin of clockwork mechanisms, of a gear of clockwork mechanisms, of a wheel of clockwork mechanisms and / or of a pinion of clockwork mechanisms or of a combination of these mechanical clockwork parts , such as preferably an axis-pivot-pinion or axis-pinion-wheel.
  • One of the advantages of this process is the manufacture of a one-piece mechanical timepiece having a difference in thickness and / or height, between a pinion and an axis for example, minimal.
  • the one-piece mechanical timepiece parts produced by said method of the invention, are manufactured without misalignment between the different parts of the mechanical timepiece or deformation of the latter, and making it possible to maximize their dimensions in order to increase their size.
  • mechanical robustness because the limitations of an assembly are no longer necessary.
  • the figs. 4A and 4B show a one-piece mechanical timepiece 100 produced by said manufacturing method according to the invention which makes it possible to manufacture one-piece mechanical timepieces, with a wheel and a pinion for example, without misalignment between the different parts of the mechanical part clockwork or deformation of all or part of the latter, and with optimal dimensions allowing a reduced bulk but improved mechanical robustness.

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Abstract

La présente invention concerne une pièce mécanique d'horlogerie monobloc formée par un engrenage de mécanismes d'horlogerie, une roue de mécanismes d'horlogerie et/ou un pignon de mécanismes d'horlogerie, et son procédé afférent.Le procédé de fabrication (500) de la pièce mécanique d'horlogerie monobloc par lumière laser comprend des étapes de fourniture (510) d'une pièce d'un matériau monobloc, d'oscillation et/ou de rotation de l'élément rotatif et de formation de la pièce mécanique d'horlogerie monobloc par modulation de la lumière laser en puissance et en temps.

Description

    Domaine technique
  • Le domaine de l'invention concerne celui des procédés de fabrication pour pièces d'horlogerie.
    • Arrière-plan technologique
  • L'usinage des pièces d'horlogerie est réalisé en plusieurs étapes, comme par exemple, la fabrication dans un premier temps du pignon et de l'axe de rotation et dans un deuxième temps l'assemblage d'une roue avec le pignon et l'axe.
  • Cette méthode a bien des limites comme par exemple celle de l'alignement de sorte que le pignon et la roue engrènent simultanément, sans parler de l'orientation, de la planéité des pièces et leur centrage.
  • Lorsque des pièces de petites tailles sont destinées à un mécanisme d'horlogerie, la force exercée lors de l'usinage de ces pièces n'est parfois pas adaptée car trop importante et les déforme, limitant ainsi les dimensions accessibles.
  • Par ailleurs, l'assemblage de la roue sur l'axe de rotation exige une certaine force sur les pièces et peut entraîner la déformation de la roue ou de l'axe.
  • Finalement, le fait que certaines pièces doivent être usinées séparément, puis assemblées pour former un système, impose certaines dimensions permettant l'assemblage, par exemple par chassage, et de ce fait peut affaiblir leur résistance mécanique respective.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention se propose de résoudre tout ou partie de ces inconvénients par l'intermédiaire d'une pièce d'horlogerie fabriquée selon un procédé de fabrication (500) d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc par lumière laser ; ledit procédé de fabrication (500) comprenant des étapes de :
    • fourniture (510) d'une pièce monobloc en matériau, de préférence cristallin, composite et/ou amorphe ;
    • émission d'une première modulation (520) de ladite lumière laser en puissance, en géométrie et en temps ; et,
    • exposition d'au moins une première portion (530) de ladite au moins une pièce monobloc à ladite première modulation (520) de ladite lumière laser de sorte à former au moins un premier volume ;
    • émission d'une deuxième modulation (540) de ladite lumière laser en puissance, en géométrie et en temps ; et,
    • exposition d'au moins une deuxième portion (550) de ladite au moins une pièce monobloc à ladite deuxième modulation (540) de ladite lumière laser de sorte à former au moins un deuxième volume.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc sans mésalignement entre les différentes parties de la pièce mécanique d'horlogerie ni déformation de ces dernières, et permettant de maximiser leurs dimensions pour augmenter leur robustesse mécanique, car les limitations d'un assemblage n'ont plus de raison d'être. L'exemple d'un axe dont le diamètre maximum doit permettre de chasser un pignon avec l'approche standard, n'est plus limité avec l'approche proposée permettant un axe de diamètre plus important qui est d'un seul tenant avec le pignon.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication (500) comprend une étape de mise en rotation lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une première portion de ladite au moins une pièce monobloc et/ou lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une deuxième portion de ladite au moins une pièce monobloc.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc ayant une symétrie.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication (500) comprend au moins une étape de formation d'au moins un premier relief, notamment au moins un premier relief convexe ou au moins un premier relief concave, et/ou au moins une étape de formation d'au moins un deuxième relief, notamment au moins un deuxième relief convexe ou au moins un deuxième relief concave.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc avec au moins un relief.
  • Selon un mode de réalisation, le matériau cristallin, composite ou amorphe est en céramique, quartz, verre, pierre précieuse, métal, silicium, polymère, matière biologique et/ou cermet.
  • Selon un mode de réalisation, ladite étape d'émission d'une première modulation et/ou d'une deuxième modulation de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour fabriquer un axe de mécanismes d'horlogerie, un pivot de mécanismes d'horlogerie, une tige de mécanismes d'horlogerie, une goupille de mécanismes d'horlogerie, un engrenage de mécanismes d'horlogerie, une roue de mécanismes d'horlogerie et/ou un pignon de mécanismes d'horlogerie ou d'une combinaison de ces pièces mécaniques d'horlogerie, de préférence un axe-pivot-pignon ou axe-pignon-roue.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc sans mésalignement entre les différentes parties de la pièce mécanique d'horlogerie ni déformation de ces dernières en assurant les dimensions maximales pour une robustesse améliorée.
  • Selon un mode de réalisation, ladite étape de modulation de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour lisser et/ou polir une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  • Grâce à cette disposition, l'étape de lissage et/ou de polissage peut être réalisée par le même procédé.
  • Selon un mode de réalisation, ladite première modulation et/ou deuxième modulation de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour satiner et/ou matifier une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de satiner et/ou matifier une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  • Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication comprend au moins une étape de structuration, de coloration, de marquage, de découpe, de perçage, de gravage et/ou d'ablation.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de structurer, de marquer, de colorer, de découper, de percer et/ou de graver.
  • La présente invention concerne l'utilisation d'une source de lumière laser pour former au moins un premier relief, notamment au moins un premier relief convexe ou au moins un premier relief concave, au moins un deuxième relief, notamment au moins un deuxième relief convexe ou au moins un deuxième relief concave et/ou pour structurer, colorer, marquer, découper, percer, graver et/ou sculpter une pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  • Grâce à cette disposition, il est possible de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc sans mésalignement entre les différentes parties de la pièce mécanique d'horlogerie ni déformation de ces dernières en assurant les dimensions maximales pour une robustesse améliorée.
    • Brève description de la figure
  • L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels :
    • La figure 1 représente un procédé de fabrication 500 d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc par lumière laser selon l'invention
    • Les figures 2A-2C illustrent un pignon 911, vu de profil et de face, dont le diamètre du trou pour l'axe 912 est proche du creux entre deux dents ;
    • Les figures 3A-3C exposent un pignon 921, vu de profil et de face, avec un axe 922 comprenant un épaulement ; et,
    • Les figures 4A et 4B montrent une pièce mécanique d'horlogerie monobloc 100, vu de profil et de face, réalisée par ledit procédé de fabrication selon l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • La présente invention concerne l'utilisation d'une source de lumière laser pour former une pièce mécanique d'horlogerie monobloc comprenant au moins une première portion 530 avec au moins un premier volume et au moins une deuxième portion 550 avec un deuxième volume.
  • En effet, ladite pièce d'horlogerie est fabriquée selon un procédé de fabrication 500 par lumière laser exposé ci-après.
  • Dans un premier temps, il convient de fournir 510 une pièce monobloc en matériau cristallin, composite ou amorphe, qui peut être, selon la pièce que l'on souhaite fabriquer, en céramique, quartz, verre, pierre précieuse, métal, silicium, polymère, matière biologique telle que du bois, de la nacre pour ne citer que ceux-là, et/ou cermet.
  • Ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc est placée sur le trajet de ladite lumière laser qui émet une première modulation 520 en puissance, en géométrie et en temps. En effet, ladite lumière laser est modulée selon certains paramètres de sorte qu'à l'exposition d'au moins une première portion 530 de ladite pièce monobloc, un premier volume soit formé. Par ailleurs, il est également possible de configurer ladite première modulation 520 de la lumière laser en puissance et en temps de sorte à satiner et/ou à matifier une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc, et ce, de préférence à la fin de la formation du premier volume.
  • Ensuite, ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc est placée sur le trajet de ladite lumière laser qui émet une deuxième modulation 540 en puissance, en géométrie et en temps, de préférence différente de la première modulation 520. Lors de l'exposition d'au moins une deuxième portion 550 de ladite pièce monobloc à ladite deuxième modulation 540, un deuxième volume est formé. Par ailleurs, il est également possible de configurer ladite deuxième modulation 540, tout comme ladite première modulation 520, de la lumière laser en puissance et en temps de sorte à satiner et/ou à matifier une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc, et ce, de préférence, à la fin de la formation du deuxième volume.
  • Selon les modes de réalisation, lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une première portion et/ou lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une deuxième portion, ladite au moins une pièce monobloc est mise en rotation 560 afin d'obtenir des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc ayant une symétrie.
  • À cela peut s'ajouter une étape de structuration 570, de coloration, de marquage, de découpe, de perçage, de gravage et/ou d'ablation, qui peut être insérée à n'importe quel moment dudit procédé de fabrication 500, comme par exemple lors de l'émission de la première modulation (520) et/ou de la deuxième modulation (540) de ladite lumière laser en puissance. Un des avantages de la structuration d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc est de permettre une meilleure inertie de la pièce par exemple.
  • Ainsi le résultat ou le produit de ce procédé de fabrication peut se présenter sous la forme d'un axe de mécanismes d'horlogerie, d'un pivot de mécanismes d'horlogerie, d'une tige de mécanismes d'horlogerie, d'une goupille de mécanismes d'horlogerie, d'un engrenage de mécanismes d'horlogerie, d'une roue de mécanismes d'horlogerie et/ou d'un pignon de mécanismes d'horlogerie ou d'une combinaison de ces pièces mécaniques d'horlogerie, comme de préférence un axe-pivot-pignon ou axe-pignon-roue.
  • Un des avantages de ce procédé est la fabrication d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc ayant une différence d'épaisseur et/ou de hauteur, entre un pignon et un axe par exemple, minime.
  • Par ailleurs, les pièces mécaniques d'horlogerie monobloc, réalisées par ledit procédé de l'invention, sont fabriquées sans mésalignement entre les différentes parties de la pièce mécanique d'horlogerie ni déformation de ces dernières, et permettant de maximiser leurs dimensions pour augmenter leur robustesse mécanique, car les limitations d'un assemblage n'ont plus de raison d'être. L'exemple d'un axe dont le diamètre maximum doit permettre de chasser un pignon avec l'approche standard, n'est plus limité avec l'approche proposée permettant un axe de diamètre plus important qui est d'un seul tenant avec le pignon.
  • En effet, sur certaine pièce mécanique d'horlogerie monobloc, les procédés actuels de fabrication imposent l'usinage d'un pignon et d'un axe, puis l'assemblage du pignon avec l'axe.
  • Toutefois, lorsque le diamètre du trou du pignon, voir figs. 2A et 2B, qui servira au passage de l'axe 912 représenté sur la fig. 2C est proche du creux entre deux dents, l'opération d'usinage est très délicate voire impossible sans déformer soit la denture du pignon 911 soit le pignon 911 lui-même.
  • Il est également possible de percer un trou dans un pignon 921, voir figs. 3A et 3B, plus éloigné de la denture. Cependant, il est nécessaire de prévoir un épaulement sur l'axe 922, fig. 2C, pour permettre le passage dudit axe 922. Un inconvénient majeur est le mésalignement car plus il y a de roues ou pignons sur l'axe, plus l'alignement devient compliqué d'une part et d'autre part, l'axe 922 est affaibli du fait de sa différence de diamètre ce qui entraîne des torsions sur l'axe sans parler des ébats qui peuvent apparaître au niveau de la roue et/ou du pignon.
  • À titre de comparaison, les figs. 4A et 4B montrent une pièce mécanique d'horlogerie monobloc 100 réalisée par ledit procédé de fabrication selon l'invention qui permet de fabriquer des pièces mécaniques d'horlogerie monobloc, avec une roue et un pignon par exemple, sans mésalignement entre les différentes parties de la pièce mécanique d'horlogerie ni déformation de tout ou partie de ces dernières, et avec des dimensions optimales permettant un encombrement réduit mais une robustesse mécanique améliorée.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication (500) d'une pièce mécanique d'horlogerie monobloc par lumière laser ; ledit procédé de fabrication (500) comprenant des étapes de :
    - fourniture (510) d'une pièce monobloc en matériau, de préférence cristallin, composite et/ou amorphe ;
    - émission d'une première modulation (520) de ladite lumière laser en puissance, en géométrie et en temps ; et,
    - exposition d'au moins une première portion (530) de ladite au moins une pièce monobloc à ladite première modulation (520) de ladite lumière laser de sorte à former au moins un premier volume ;
    - émission d'une deuxième modulation (540) de ladite lumière laser en puissance, en géométrie et en temps ; et,
    - exposition d'au moins une deuxième portion (550) de ladite au moins une pièce monobloc à ladite deuxième modulation (540) de ladite lumière laser de sorte à former au moins un deuxième volume.
  2. Procédé de fabrication (500) selon la revendication 1, lequel comprend une étape de mise en rotation (560) lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une première portion de ladite au moins une pièce monobloc et/ou lors de ladite au moins une étape d'exposition d'au moins une deuxième portion de ladite au moins une pièce monobloc.
  3. Procédé de fabrication (500) selon la revendication 1 ou 2, lequel comprenant au moins une étape de formation d'au moins un premier relief, notamment au moins un premier relief convexe ou au moins un premier relief concave, et/ou au moins une étape de formation d'au moins un deuxième relief, notamment au moins un deuxième relief convexe ou au moins un deuxième relief concave.
  4. Procédé de fabrication (500) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le matériau cristallin, composite ou amorphe est en céramique, quartz, verre, pierre précieuse, métal, silicium, polymère, matière biologique et/ou cermet.
  5. Procédé de fabrication (500) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel ladite étape d'émission d'une première modulation (520) et/ou d'une deuxième modulation (540) de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour fabriquer un axe de mécanismes d'horlogerie, un pivot de mécanismes d'horlogerie, une tige de mécanismes d'horlogerie, une goupille de mécanismes d'horlogerie, un engrenage de mécanismes d'horlogerie, une roue de mécanismes d'horlogerie et/ou un pignon de mécanismes d'horlogerie ou d'une combinaison de ces pièces mécaniques d'horlogerie.
  6. Procédé de fabrication (500) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel ladite première modulation (520) et/ou deuxième modulation (540) de modulation de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour lisser et/ou polir une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  7. Procédé de fabrication (500) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel ladite première modulation (520) et/ou deuxième modulation (540) de la lumière laser en puissance et en temps est configurée pour satiner et/ou matifier une surface de ladite pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
  8. Procédé de fabrication (500) selon l'une quelconques des revendications précédentes, lequel comprend au moins une étape de structuration, de coloration, de marquage, de découpe, de perçage, de gravage et/ou d'ablation.
  9. Utilisation d'une source de lumière laser pour former au moins un premier relief, notamment au moins un premier relief convexe ou au moins un premier relief concave, au moins un deuxième relief, notamment au moins un deuxième relief convexe ou au moins un deuxième relief concave et/ou pour structurer, colorer, marquer, découper, percer, graver et/ou sculpter une pièce mécanique d'horlogerie monobloc.
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