EP4282557A1 - Device for manufacturing a part from amorphous metal and method for manufacturing such a part - Google Patents

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EP4282557A1
EP4282557A1 EP22175517.6A EP22175517A EP4282557A1 EP 4282557 A1 EP4282557 A1 EP 4282557A1 EP 22175517 A EP22175517 A EP 22175517A EP 4282557 A1 EP4282557 A1 EP 4282557A1
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EP
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mold
molding cavity
amorphous
metal
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EP22175517.6A
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Coline JIGUET
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Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of amorphous or partially amorphous metal parts.
  • Amorphous metals also called metallic glasses, have particularly interesting properties, notably a high elastic limit, great resistance to wear and fatigue (due to the absence of grains), great hardness and good resistance. chemical. These properties can advantageously be exploited in different kinds of applications, particularly in watchmaking.
  • the present invention aims to improve the manufacturing precision of amorphous or partially amorphous metal parts.
  • FIG. 1 shows an apparatus 1 for the manufacture of micromechanical parts in amorphous or partially amorphous metal according to a particular embodiment of the invention.
  • This device 1 is based on the teaching of the patent application US 2021/0276079 and most of its elements are taken from the embodiment of Figure 1a of said patent application.
  • This device 1 comprises, inside a housing 2, a mold 3 whose body is in two parts 4, 5 movable relative to each other.
  • a first relative position of the parts 4, 5 (closed position, which is the position illustrated in figure 1 )
  • the two parts 4, 5 are against each other and form between them a molding cavity 17.
  • a second relative position of the parts 4, 5 (open position, not shown)
  • the two parts 4, 5 are spaced from each other and the mold 3 is thus open, which makes it possible to unmold the material shaped and solidified in the molding cavity 17.
  • the movement of the parts 4, 5 is ensured by rods 6, 7 actuated by motors 8, 9 in the direction of the double arrows 10, 11. This movement is horizontal in the example illustrated but it could be vertical as also shown in the patent application US 2021/0276079 .
  • the mold 3 is cooled by a cooling device (not shown) using a cooling fluid such as water, air and/or oil and comprising for example internal conduits for the flow of the cooling fluid.
  • a cooling fluid such as water, air and/or oil and comprising for example internal conduits for the flow of the cooling fluid.
  • the body of the mold 3 is made of a material having good thermal conductivity, for example steel, copper or copper alloy, preferably copper or copper alloy. copper.
  • the cooling device can be the mold 3 itself and its environment arranged for sufficiently rapid heat dissipation.
  • a feeding device 29 is arranged to deposit metal granules 15 on the exterior surface 12 of the mold 3, opposite an orifice 16 which communicates the molding cavity 17 with the exterior of the mold 3, in a zone melting temperature 13.
  • Each granule 15 deposited on the mold 3 is heated by a heating device 31 beyond and even well beyond its melting temperature.
  • the heating device 31 comprises an electrode 32, typically made of tungsten, movable inside the housing 2 by a motor 33 in the direction of the double arrow 34 and can thus approach the fusion zone 13 or move away from it .
  • an electric arc is formed between it and the granule to melt the latter and heat it to a temperature between 75 and 1300 ° C above of its melting temperature.
  • the housing 2, the mold 3 and the granule 15 are electrically connected to form the counter electrode of the electrode 32.
  • the electrode 32 After fusion, the electrode 32 returns to a position (ie that illustrated in the figure 1 ) distant from the fusion zone 13.
  • the fusion of the metal could however be obtained in another way than by an electric arc, for example by means of a laser beam and/or an electron beam.
  • the two parts 4, 5 of the body of the mold 3 are separated and the part resulting from the solidification of the metal is removed from the mold 3 and from the housing 2 through an airlock 37.
  • the entire process described above can then start again with a new metal granule 15 deposited by the feed device 29 on the mold 3 in the fusion zone 13.
  • the cooling of the mold 3 is such that it quickly drops the temperature of the metal in the molding cavity 17 to a value below the glass transition temperature.
  • the cooling rate is greater than a critical cooling rate to prevent the metal from crystallizing. The latter therefore retains its amorphous state during its solidification.
  • a degasser 35 consisting for example of a titanium plate, can be provided inside the housing 2. This degasser 35 can be heated before melting the metal in order to eliminate oxygen residues inside the housing 2.
  • the molten metal could be introduced into the molding cavity 17 by simply allowing it to flow through the orifice 16 under the effect of gravity.
  • a rigid part of amorphous metal for example a toothed wheel or an escapement member (for example an escapement wheel, an anchor, a balance plate or a plate pin), may have the same robustness as a part corresponding rigid crystalline metal of larger size.
  • one or more intermediate elements 50 are interposed between the two parts 4, 5 of the body of the mold 3.
  • This or these intermediate elements 50 illustrated in figure 2 and represented schematically by dotted lines at the figure 1 , are in the form of hollowed-out plates produced at least in part using the LIGA process (lithography, electroplating, electroforming).
  • the recesses 51 of the intermediate elements 50 together constitute at least part of the molding cavity 17. These recesses 51 may be through or not.
  • these recesses 51 together define at least the peripheral surface (periphery) of the part to be manufactured, the upper and lower surfaces of the part being defined by the two parts 4, 5 when the recesses 51 are through.
  • intermediate elements 50 By superimposing the intermediate elements 50, it is possible to produce very thick parts and/or three-dimensional parts. Three-dimensional parts can also be obtained by using a single intermediate element 50 produced on several levels using the 2.5D or 3D type LIGA process. Such an intermediate element at several levels has the advantage of increasing manufacturing precision by avoiding having to align several intermediate elements.
  • the intermediate element(s) 50 are removable and can thus be replaced in the event of wear or to manufacture parts of a different shape. This avoids having to replace the entire mold 3, which can be very expensive.
  • the/each intermediate element 50 is formed by LIGA on one of the two parts 4, 5 used as support for electroforming.
  • the intermediate element(s) 50 are produced by laser cutting rather than by LIGA.
  • High machining precisions can in fact be obtained by laser on such elements.
  • LIGA and laser cutting can also be combined.
  • the mold 3 may comprise several molding cavities 17 and corresponding intermediate elements 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un appareil pour la fabrication d'une pièce en métal amorphe ou partiellement amorphe, comprenant : un moule (3) comprenant un corps en deux parties (4, 5) mobiles l'une par rapport à l'autre, le moule (3) pouvant prendre un état fermé où les deux parties (4, 5) forment entre elles une cavité de moulage (17) et un état ouvert où les deux parties (4, 5) sont éloignées l'une de l'autre pour permettre le démoulage; un dispositif (20, 31) permettant l'introduction de métal fondu dans la cavité de moulage (17) ; et un dispositif de refroidissement permettant au métal de se solidifier dans la cavité de moulage (17) et, une fois solidifié, d'être amorphe ou partiellement amorphe. Le moule (3) comprend, entre les deux parties (4, 5) du corps, au moins un élément intermédiaire (50) réalisé au moins partiellement selon le procédé LIGA et/ou par découpe laser et définissant au moins en partie la cavité de moulage (17). L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'une pièce en métal amorphe ou partiellement amorphe.The invention relates to an apparatus for manufacturing an amorphous or partially amorphous metal part, comprising: a mold (3) comprising a body in two parts (4, 5) movable relative to each other, the mold (3) capable of taking a closed state where the two parts (4, 5) form between them a molding cavity (17) and an open state where the two parts (4, 5) are spaced apart from each other to allow unmolding; a device (20, 31) allowing the introduction of molten metal into the molding cavity (17); and a cooling device allowing the metal to solidify in the molding cavity (17) and, once solidified, to be amorphous or partially amorphous. The mold (3) comprises, between the two parts (4, 5) of the body, at least one intermediate element (50) produced at least partially according to the LIGA process and/or by laser cutting and defining at least partly the cavity of molding (17). The invention also relates to a method of manufacturing an amorphous or partially amorphous metal part.

Description

La présente invention concerne la fabrication de pièces en métal amorphe ou partiellement amorphe.The present invention relates to the manufacture of amorphous or partially amorphous metal parts.

Les métaux amorphes, appelés également verres métalliques, ont des propriétés particulièrement intéressantes, notamment une limite élastique élevée, une grande résistance à l'usure et à la fatigue (du fait de l'absence de grains), une grande dureté et une bonne résistance chimique. Ces propriétés peuvent avantageusement être exploitées dans différentes sortes d'applications, notamment en horlogerie.Amorphous metals, also called metallic glasses, have particularly interesting properties, notably a high elastic limit, great resistance to wear and fatigue (due to the absence of grains), great hardness and good resistance. chemical. These properties can advantageously be exploited in different kinds of applications, particularly in watchmaking.

Ces matériaux ne sont cependant pas faciles à usiner. Une manière de les mettre en forme proprement, sans les détériorer, est le moulage, en particulier le moulage par injection. Les appareils et techniques de moulage des métaux amorphes sont spécifiques en ce sens qu'ils doivent permettre une montée en température du matériau au-delà de sa température de fusion puis un refroidissement suffisamment rapide du matériau introduit dans le moule, pour l'empêcher de cristalliser.However, these materials are not easy to machine. One way to shape them cleanly, without damaging them, is molding, particularly injection molding. The devices and techniques for molding amorphous metals are specific in the sense that they must allow a rise in temperature of the material beyond its melting temperature then a sufficiently rapid cooling of the material introduced into the mold, to prevent it from crystallize.

Un exemple d'appareil et de procédé de moulage de métaux amorphes est décrit dans la demande de brevet US 2021/0276079 au nom de Amorphous Metal Solutions GmbH.An example of an apparatus and method for casting amorphous metals is described in the patent application US 2021/0276079 on behalf of Amorphous Metal Solutions GmbH.

La présente invention vise à améliorer la précision de fabrication de pièces en métal amorphe ou partiellement amorphe.The present invention aims to improve the manufacturing precision of amorphous or partially amorphous metal parts.

A cette fin, il est proposé un appareil selon la revendication 1 et un procédé selon la revendication 14.To this end, there is provided an apparatus according to claim 1 and a method according to claim 14.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

  • la figure 1 montre un appareil pour la fabrication d'une pièce en métal amorphe ou partiellement amorphe selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
  • la figure 2 montre plus en détail des éléments intermédiaires utilisés dans l'appareil selon l'invention.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description given with reference to the appended drawings in which:
  • there figure 1 shows an apparatus for manufacturing an amorphous or partially amorphous metal part according to a particular embodiment of the invention;
  • there figure 2 shows in more detail the intermediate elements used in the apparatus according to the invention.

La figure 1 montre un appareil 1 pour la fabrication de pièces de micromécanique en métal amorphe ou partiellement amorphe selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Cet appareil 1 est basé sur l'enseignement de la demande de brevet US 2021/0276079 et la plupart de ses éléments sont repris du mode de réalisation de la figure 1a de ladite demande de brevet.There figure 1 shows an apparatus 1 for the manufacture of micromechanical parts in amorphous or partially amorphous metal according to a particular embodiment of the invention. This device 1 is based on the teaching of the patent application US 2021/0276079 and most of its elements are taken from the embodiment of Figure 1a of said patent application.

Cet appareil 1 comprend, à l'intérieur d'un boîtier 2, un moule 3 dont le corps est en deux parties 4, 5 mobiles l'une par rapport à l'autre. Dans une première position relative des parties 4, 5 (position fermée, qui est la position illustrée à la figure 1), les deux parties 4, 5 sont l'une contre l'autre et forment entre elles une cavité de moulage 17. Dans une deuxième position relative des parties 4, 5 (position ouverte, non représentée), les deux parties 4, 5 sont distantes l'une de l'autre et le moule 3 est ainsi ouvert, ce qui permet de démouler le matériau mis en forme et solidifié dans la cavité de moulage 17. Le déplacement des parties 4, 5 est assuré par des tiges 6, 7 actionnées par des moteurs 8, 9 dans la direction des doubles flèches 10, 11. Ce déplacement est horizontal dans l'exemple illustré mais il pourrait être vertical comme l'enseigne également la demande de brevet US 2021/0276079 .This device 1 comprises, inside a housing 2, a mold 3 whose body is in two parts 4, 5 movable relative to each other. In a first relative position of the parts 4, 5 (closed position, which is the position illustrated in figure 1 ), the two parts 4, 5 are against each other and form between them a molding cavity 17. In a second relative position of the parts 4, 5 (open position, not shown), the two parts 4, 5 are spaced from each other and the mold 3 is thus open, which makes it possible to unmold the material shaped and solidified in the molding cavity 17. The movement of the parts 4, 5 is ensured by rods 6, 7 actuated by motors 8, 9 in the direction of the double arrows 10, 11. This movement is horizontal in the example illustrated but it could be vertical as also shown in the patent application US 2021/0276079 .

Le moule 3 est refroidi par un dispositif de refroidissement (non représenté) utilisant un fluide de refroidissement tel que de l'eau, de l'air et/ou de l'huile et comprenant par exemple des conduits internes d'écoulement du fluide de refroidissement formés dans le corps du moule 3. Pour faciliter ce refroidissement, le corps du moule 3 est fait dans un matériau ayant une bonne conductivité thermique, par exemple en acier, en cuivre ou en alliage de cuivre, de préférence en cuivre ou alliage de cuivre. Dans une variante, le dispositif de refroidissement peut être le moule 3 lui-même et son environnement agencés pour une dissipation thermique suffisamment rapide.The mold 3 is cooled by a cooling device (not shown) using a cooling fluid such as water, air and/or oil and comprising for example internal conduits for the flow of the cooling fluid. cooling formed in the body of the mold 3. To facilitate this cooling, the body of the mold 3 is made of a material having good thermal conductivity, for example steel, copper or copper alloy, preferably copper or copper alloy. copper. In a variant, the cooling device can be the mold 3 itself and its environment arranged for sufficiently rapid heat dissipation.

Un dispositif d'alimentation 29 est agencé pour déposer des granulés de métal 15 sur la surface extérieure 12 du moule 3, en face d'un orifice 16 qui fait communiquer la cavité de moulage 17 avec l'extérieur du moule 3, dans une zone de fusion 13. Chaque granulé 15 déposé sur le moule 3 est chauffé par un dispositif de chauffage 31 au-delà et même bien au-delà de sa température de fusion. Le dispositif de chauffage 31 comprend une électrode 32, typiquement en tungstène, déplaçable à l'intérieur du boîtier 2 par un moteur 33 dans la direction de la double flèche 34 et pouvant ainsi se rapprocher de la zone de fusion 13 ou s'en éloigner. Lorsque l'électrode 32 est au-dessus du granulé de métal 15 dans la zone de fusion 13, on forme un arc électrique entre elle et le granulé pour fondre ce dernier et le chauffer à une température entre 75 et 1300°C au-dessus de sa température de fusion. A cet effet, le boîtier 2, le moule 3 et le granulé 15 sont reliés électriquement pour former la contre-électrode de l'électrode 32. Après la fusion, l'électrode 32 retourne dans une position (i.e. celle illustrée à la figure 1) distante de la zone de fusion 13. La fusion du métal pourrait toutefois être obtenue d'une autre manière que par un arc électrique, par exemple au moyen d'un faisceau laser et/ou d'un faisceau d'électrons.A feeding device 29 is arranged to deposit metal granules 15 on the exterior surface 12 of the mold 3, opposite an orifice 16 which communicates the molding cavity 17 with the exterior of the mold 3, in a zone melting temperature 13. Each granule 15 deposited on the mold 3 is heated by a heating device 31 beyond and even well beyond its melting temperature. The heating device 31 comprises an electrode 32, typically made of tungsten, movable inside the housing 2 by a motor 33 in the direction of the double arrow 34 and can thus approach the fusion zone 13 or move away from it . When the electrode 32 is above the metal granule 15 in the melting zone 13, an electric arc is formed between it and the granule to melt the latter and heat it to a temperature between 75 and 1300 ° C above of its melting temperature. For this purpose, the housing 2, the mold 3 and the granule 15 are electrically connected to form the counter electrode of the electrode 32. After fusion, the electrode 32 returns to a position (ie that illustrated in the figure 1 ) distant from the fusion zone 13. The fusion of the metal could however be obtained in another way than by an electric arc, for example by means of a laser beam and/or an electron beam.

Un piston d'injection 20 et un manchon 19 qui l'entoure sont déplaçables simultanément par un moteur 24 à l'intérieur du boîtier 2 dans la direction de la double flèche 21, le piston 20 étant en outre déplaçable dans la même direction par rapport au manchon 19 contre ou par l'action d'un ressort 22. Après la fusion du granulé de métal 15 par le dispositif de chauffage 31, l'ensemble 19, 20 est déplacé jusqu'à ce qu'une partie d'extrémité 23 du manchon 19 qui dépasse du piston 20 s'engage et s'arrête dans une rainure annulaire 18 du moule 3 qui entoure la zone 14 du moule 3 servant d'appui au granulé 15. Un déplacement supplémentaire du piston 20 vers le moule 3 contre l'action du ressort 22 réduit l'espace délimité par la surface d'extrémité 25 du piston 20 et la surface interne 26 du manchon 19, de sorte que le métal fondu est pressé et injecté dans la cavité de moulage 17 à travers l'orifice 16.An injection piston 20 and a sleeve 19 which surrounds it are movable simultaneously by a motor 24 inside the housing 2 in the direction of the double arrow 21, the piston 20 also being movable in the same direction relative to to the sleeve 19 against or by the action of a spring 22. After the melting of the metal granule 15 by the heating device 31, the assembly 19, 20 is moved until an end part 23 of the sleeve 19 which protrudes from the piston 20 engages and stops in an annular groove 18 of the mold 3 which surrounds the zone 14 of the mold 3 serving as a support for the granule 15. An additional movement of the piston 20 towards the mold 3 against the action of the spring 22 reduces the space delimited by the end surface 25 of the piston 20 and the internal surface 26 of the sleeve 19, so that the molten metal is pressed and injected into the molding cavity 17 through the orifice 16.

Une fois que le métal a rempli la cavité de moulage 17 et s'y est solidifié, les deux parties 4, 5 du corps du moule 3 sont écartées et la pièce résultant de la solidification du métal est retirée du moule 3 et du boîtier 2 par un sas 37. Tout le processus décrit ci-dessus peut alors recommencer avec un nouveau granulé de métal 15 déposé par le dispositif d'alimentation 29 sur le moule 3 dans la zone de fusion 13.Once the metal has filled the molding cavity 17 and solidified there, the two parts 4, 5 of the body of the mold 3 are separated and the part resulting from the solidification of the metal is removed from the mold 3 and from the housing 2 through an airlock 37. The entire process described above can then start again with a new metal granule 15 deposited by the feed device 29 on the mold 3 in the fusion zone 13.

Le refroidissement du moule 3 est tel qu'il fait baisser rapidement la température du métal dans la cavité de moulage 17 jusqu'à une valeur inférieure à la température de transition vitreuse. La vitesse de refroidissement est supérieure à une vitesse de refroidissement critique afin d'empêcher le métal de cristalliser. Ce dernier garde donc son état amorphe lors de sa solidification.The cooling of the mold 3 is such that it quickly drops the temperature of the metal in the molding cavity 17 to a value below the glass transition temperature. The cooling rate is greater than a critical cooling rate to prevent the metal from crystallizing. The latter therefore retains its amorphous state during its solidification.

Avant l'utilisation de l'appareil 1 ou au moins avant la formation de l'arc électrique entre l'électrode 32 et le granulé 15, on peut évacuer l'air du boîtier 2 et y introduire un gaz protecteur, par exemple de l'argon.Before using the device 1 or at least before the formation of the electric arc between the electrode 32 and the granule 15, it is possible to evacuate the air from the housing 2 and introduce a protective gas therein, for example l 'argon.

Un dégazeur 35, constitué par exemple d'une plaque de titane, peut être prévu à l'intérieur du boîtier 2. Ce dégazeur 35 peut être chauffé avant la fusion du métal afin d'éliminer les résidus d'oxygène à l'intérieur du boîtier 2.A degasser 35, consisting for example of a titanium plate, can be provided inside the housing 2. This degasser 35 can be heated before melting the metal in order to eliminate oxygen residues inside the housing 2.

Au lieu de l'injection, on pourrait introduire le métal fondu dans la cavité de moulage 17 en le laissant simplement couler à travers l'orifice 16 sous l'effet de la gravité.Instead of injection, the molten metal could be introduced into the molding cavity 17 by simply allowing it to flow through the orifice 16 under the effect of gravity.

L'appareil 1 permet la fabrication de pièces en métal amorphe. Par le terme « métal » on entend un métal pur ou un alliage métallique, c'est-à-dire un alliage comprenant au moins 50% en masse d'un ou plusieurs éléments métalliques. Un exemple d'alliage métallique amorphe est le Zr41.2Be22.5Ti13.8Cu12.5Ni10 connu sous le nom de Vitreloy 1.Device 1 allows the manufacture of amorphous metal parts. By the term “metal” we mean a pure metal or a metallic alloy, that is to say an alloy comprising at least 50% by mass of one or more metallic elements. An example of an amorphous metal alloy is Zr 41.2 Be 22.5 Ti 13.8 Cu 12.5 Ni 10 known as Vitreloy 1.

Les propriétés mécaniques remarquables des métaux amorphes permettent de réaliser et d'intégrer dans des mécanismes, notamment horlogers, des pièces de très petites dimensions et de réduire ainsi l'encombrement des mécanismes. Un ressort en métal amorphe, par exemple, en particulier un ressort de rappel de bascule ou de levier de pièce d'horlogerie, pourra fournir le même effort et avec une même résistance à la fatigue qu'un ressort en métal cristallin de plus grande taille. Un ressort moteur de pièce d'horlogerie en métal amorphe, à savoir un ressort de barillet ou un ressort remplissant la fonction d'un barillet, pourra stocker une aussi grande quantité d'énergie qu'un ressort moteur en métal cristallin de plus grande taille. Une pièce rigide en métal amorphe, par exemple une roue dentée ou un organe d'échappement (par exemple une roue d'échappement, une ancre, un plateau de balancier ou une cheville de plateau), pourra avoir la même robustesse qu'une pièce rigide correspondante en métal cristallin de plus grande taille.The remarkable mechanical properties of amorphous metals make it possible to produce and integrate parts into mechanisms, particularly watchmaking ones. very small dimensions and thus reduce the bulk of the mechanisms. An amorphous metal spring, for example, in particular a timepiece return spring or lever spring, will be able to provide the same effort and with the same fatigue resistance as a larger crystalline metal spring. . A timepiece mainspring made of amorphous metal, namely a barrel spring or a spring fulfilling the function of a barrel, will be able to store as large a quantity of energy as a larger crystalline metal mainspring . A rigid part of amorphous metal, for example a toothed wheel or an escapement member (for example an escapement wheel, an anchor, a balance plate or a plate pin), may have the same robustness as a part corresponding rigid crystalline metal of larger size.

Cependant, pour pouvoir réaliser des pièces plus petites de dimensions suffisamment précises, les tolérances de fabrication doivent être plus serrées. Conformément à la présente invention, un ou des éléments intermédiaires 50 sont interposés entre les deux parties 4, 5 du corps du moule 3. Cet ou ces éléments intermédiaires 50, illustrés à la figure 2 et représentés schématiquement par des pointillés à la figure 1, se présentent sous la forme de plaques évidées réalisées en partie au moins selon le procédé LIGA (lithographie, galvanoplastie, électroformage). Les évidements 51 des éléments intermédiaires 50 constituent ensemble au moins une partie de la cavité de moulage 17. Ces évidements 51 peuvent être traversants ou non. De préférence, ces évidements 51 définissent ensemble au moins la surface périphérique (pourtour) de la pièce à fabriquer, les surfaces supérieure et inférieure de la pièce étant définies par les deux parties 4, 5 lorsque les évidements 51 sont traversants.However, to be able to produce smaller parts with sufficiently precise dimensions, manufacturing tolerances must be tighter. In accordance with the present invention, one or more intermediate elements 50 are interposed between the two parts 4, 5 of the body of the mold 3. This or these intermediate elements 50, illustrated in figure 2 and represented schematically by dotted lines at the figure 1 , are in the form of hollowed-out plates produced at least in part using the LIGA process (lithography, electroplating, electroforming). The recesses 51 of the intermediate elements 50 together constitute at least part of the molding cavity 17. These recesses 51 may be through or not. Preferably, these recesses 51 together define at least the peripheral surface (periphery) of the part to be manufactured, the upper and lower surfaces of the part being defined by the two parts 4, 5 when the recesses 51 are through.

De nombreuses configurations sont possibles, par exemple :

  • deux éléments intermédiaires 50 opposés, avec leurs évidements qui se font face, intégrés respectivement aux parties 4, 5, comme l'illustre la figure 1 ;
  • un seul élément intermédiaire 50 intégré à l'une des parties 4, 5, l'autre des parties 4, 5 ne comprenant pas d'empreinte participant à la cavité de moulage mais seulement une face plane qui ferme la cavité de moulage ;
  • plusieurs éléments intermédiaires 50 superposés, avec leurs évidements au moins partiellement superposés de façon à communiquer, intégrés à l'une des parties 4, 5 ;
  • plusieurs éléments intermédiaires 50 superposés, avec leurs évidements au moins partiellement superposés de façon à communiquer, intégrés à chacune des parties 4, 5.
Many configurations are possible, for example:
  • two opposing intermediate elements 50, with their recesses facing each other, integrated respectively into parts 4, 5, as illustrated in figure 1 ;
  • a single intermediate element 50 integrated into one of the parts 4, 5, the other of the parts 4, 5 not comprising an imprint participating in the molding cavity but only a flat face which closes the molding cavity;
  • several intermediate elements 50 superimposed, with their recesses at least partially superposed so as to communicate, integrated into one of the parts 4, 5;
  • several intermediate elements 50 superimposed, with their recesses at least partially superimposed so as to communicate, integrated into each of the parts 4, 5.

En superposant les éléments intermédiaires 50, on peut réaliser des pièces de grande épaisseur et/ou des pièces tridimensionnelles. Des pièces tridimensionnelles peuvent aussi être obtenues par l'emploi d'un seul élément intermédiaire 50 réalisé sur plusieurs niveaux grâce au procédé LIGA de type 2,5D ou 3D. Un tel élément intermédiaire à plusieurs niveaux présente l'avantage d'augmenter la précision de fabrication en évitant de devoir aligner plusieurs éléments intermédiaires.By superimposing the intermediate elements 50, it is possible to produce very thick parts and/or three-dimensional parts. Three-dimensional parts can also be obtained by using a single intermediate element 50 produced on several levels using the 2.5D or 3D type LIGA process. Such an intermediate element at several levels has the advantage of increasing manufacturing precision by avoiding having to align several intermediate elements.

La précision du procédé LIGA est idéale pour réduire les tolérances de fabrication des pièces en métal amorphe. Les éléments intermédiaires 50 peuvent être réalisés en tout matériau se prêtant au procédé LIGA, par exemple en nickel, en cuivre ou en un alliage métallique tel que le nickel-phosphore. Le corps du moule 3, constitué des parties 4, 5, peut, lui, être réalisé en un matériau à haute conductivité thermique et comprendre éventuellement un ou des conduits internes pour l'écoulement d'un fluide de refroidissement. De cette manière, on peut allier les avantages d'une grande précision dimensionnelle de la cavité de moulage et d'un refroidissement efficace du métal.The precision of the LIGA process is ideal for reducing manufacturing tolerances of amorphous metal parts. The intermediate elements 50 can be made of any material suitable for the LIGA process, for example nickel, copper or a metal alloy such as nickel-phosphorus. The body of the mold 3, consisting of parts 4, 5, can itself be made of a material with high thermal conductivity and possibly include one or more internal conduits for the flow of a cooling fluid. In this way, the advantages of high dimensional accuracy of the molding cavity and efficient cooling of the metal can be combined.

Avantageusement, le ou chaque élément intermédiaire 50 est placé dans un logement 52 de l'une des deux parties 4, 5 du corps du moule 3 et y est retenu par exemple par une ou des butées mobiles ou fixé par chassage ou au moyen de goupilles. Un même logement 52 peut recevoir plusieurs éléments intermédiaires 50 superposés.Advantageously, the or each intermediate element 50 is placed in a housing 52 of one of the two parts 4, 5 of the body of the mold 3 and is retained there for example by one or more movable stops or fixed by driving in or by means of pins. The same housing 52 can receive several intermediate elements 50 superimposed.

Le ou les éléments intermédiaires 50 sont amovibles et peuvent ainsi être remplacés en cas d'usure ou pour fabriquer des pièces de forme différente. On évite ainsi de devoir remplacer tout le moule 3, ce qui peut être très coûteux.The intermediate element(s) 50 are removable and can thus be replaced in the event of wear or to manufacture parts of a different shape. This avoids having to replace the entire mold 3, which can be very expensive.

Le ou les éléments intermédiaires 50 peuvent être fabriqués entièrement selon le procédé LIGA, ou peuvent comprendre une plaque de base surmontée d'une partie réalisée en LIGA. Cette plaque de base peut être la plaque de support sur laquelle est mis en œuvre l'électroformage pendant le procédé LIGA.The intermediate element(s) 50 can be manufactured entirely according to the LIGA process, or can comprise a base plate surmounted by a part made of LIGA. This base plate can be the support plate on which electroforming is carried out during the LIGA process.

Dans une variante de l'invention, au lieu d'assembler le/chaque élément intermédiaire 50 à l'une des deux parties 4, 5 du corps du moule 3, le/chaque élément intermédiaire 50 est formé par LIGA sur l'une des deux parties 4, 5 utilisée comme support pour l'électroformage.In a variant of the invention, instead of assembling the/each intermediate element 50 to one of the two parts 4, 5 of the body of the mold 3, the/each intermediate element 50 is formed by LIGA on one of the two parts 4, 5 used as support for electroforming.

Dans une autre variante de l'invention, le ou les éléments intermédiaires 50, ou seulement leurs évidements 51, sont réalisés par découpe laser plutôt que par LIGA. De grandes précisions d'usinage peuvent en effet être obtenues par laser sur de tels éléments. Les deux variantes, LIGA et découpe laser, peuvent aussi être combinées.In another variant of the invention, the intermediate element(s) 50, or only their recesses 51, are produced by laser cutting rather than by LIGA. High machining precisions can in fact be obtained by laser on such elements. The two variants, LIGA and laser cutting, can also be combined.

Bien entendu, plusieurs pièces peuvent être fabriquées simultanément dans le même moule. Dans ce but, le moule 3 peut comprendre plusieurs cavités de moulage 17 et des éléments intermédiaires 50 correspondants.Of course, several parts can be manufactured simultaneously in the same mold. For this purpose, the mold 3 may comprise several molding cavities 17 and corresponding intermediate elements 50.

Claims (17)

Appareil pour la fabrication d'une pièce en métal amorphe ou partiellement amorphe, comprenant : - un moule (3) comprenant un corps en deux parties (4, 5) mobiles l'une par rapport à l'autre, le moule (3) pouvant prendre un état fermé où les deux parties (4, 5) forment entre elles une cavité de moulage (17) et un état ouvert où les deux parties (4, 5) sont éloignées l'une de l'autre pour permettre le démoulage, - un dispositif (20, 31) permettant l'introduction de métal fondu dans la cavité de moulage (17), et - un dispositif de refroidissement permettant au métal de se solidifier dans la cavité de moulage (17) et, une fois solidifié, d'être amorphe ou partiellement amorphe, caractérisé en ce que le moule (3) comprend, entre lesdites deux parties (4, 5), au moins un élément intermédiaire (50) réalisé au moins partiellement selon le procédé LIGA et/ou par découpe laser et définissant au moins en partie la cavité de moulage (17).Apparatus for manufacturing an amorphous or partially amorphous metal part, comprising: - a mold (3) comprising a body in two parts (4, 5) movable relative to each other, the mold (3) being able to take a closed state where the two parts (4, 5) form between them a molding cavity (17) and an open state where the two parts (4, 5) are spaced apart from each other to allow demoulding, - a device (20, 31) allowing the introduction of molten metal into the molding cavity (17), and - a cooling device allowing the metal to solidify in the molding cavity (17) and, once solidified, to be amorphous or partially amorphous, characterized in that the mold (3) comprises, between said two parts (4, 5), at least one intermediate element (50) produced at least partially according to the LIGA process and/or by laser cutting and defining at least partly the molding cavity (17). Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins un élément intermédiaire (50) définit au moins la surface périphérique de la pièce à fabriquer.Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one intermediate element (50) defines at least the peripheral surface of the part to be manufactured. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule (3) comprend plusieurs dits éléments intermédiaires (50) superposés.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the mold (3) comprises several said intermediate elements (50) superimposed. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou chaque élément intermédiaire (50) est une plaque évidée.Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the or each intermediate element (50) is a hollowed plate. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ou chaque élément intermédiaire (50) est assemblé à l'une des deux parties (4, 5) du corps du moule (3).Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the or each intermediate element (50) is assembled to one of the two parts (4, 5) of the mold body (3). Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou chaque élément intermédiaire (50) est amovible.Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that the or each intermediate element (50) is removable. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ou chaque élément intermédiaire (50) est placé dans un logement (52) d'une des deux parties (4, 5) du corps du moule (3).Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the or each intermediate element (50) is placed in a housing (52) of one of the two parts (4, 5) of the body of the mold (3). Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou chaque élément intermédiaire (50) est formé par LIGA sur l'une des deux parties (4, 5) du corps du moule (3).Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the or each intermediate element (50) is formed by LIGA on one of the two parts (4, 5) of the mold body (3). Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps du moule (3) est en acier, en cuivre ou en un alliage de cuivre, de préférence en cuivre ou alliage de cuivre.Apparatus according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mold body (3) is made of steel, copper or a copper alloy, preferably copper or copper alloy. Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif (20, 31) permettant l'introduction de métal fondu dans la cavité de moulage (17) comprend un injecteur, par exemple un piston.Apparatus according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device (20, 31) allowing the introduction of molten metal into the molding cavity (17) comprises an injector, for example a piston. Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le ou l'un au moins des éléments intermédiaires (50) comprend plusieurs niveaux réalisés par LIGA.Apparatus according to one of claims 1 to 10, characterized in that the or at least one of the intermediate elements (50) comprises several levels produced by LIGA. Appareil selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la cavité de moulage (17) est conformée pour la fabrication d'un ressort, par exemple un ressort de rappel de bascule ou de levier de pièce d'horlogerie ou un ressort moteur de pièce d'horlogerie.Apparatus according to one of claims 1 to 11, characterized in that the molding cavity (17) is shaped for the manufacture of a spring, for example a return spring for a rocker or timepiece lever or a timepiece mainspring. Appareil selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la cavité de moulage (17) est conformée pour la fabrication d'une roue dentée ou d'un organe d'échappement d'horlogerie.Apparatus according to one of claims 1 to 11, characterized in that the molding cavity (17) is shaped for the manufacture of a toothed wheel or a timepiece escapement member. Procédé de fabrication d'une pièce en métal amorphe ou partiellement amorphe comprenant les opérations suivantes : - prévoir un moule (3) comprenant un corps en deux parties (4, 5) mobiles l'une par rapport à l'autre, le moule (3) pouvant prendre un état fermé où les deux parties (4, 5) forment entre elles une cavité de moulage (17) et un état ouvert où les deux parties (4, 5) sont éloignées l'une de l'autre pour permettre le démoulage, - introduire du métal fondu dans la cavité de moulage (17) et le refroidir suffisamment rapidement pour qu'une fois solidifié le métal soit amorphe ou partiellement amorphe, - retirer du moule (3) le métal solidifié, caractérisé en ce que le moule (3) comprend, entre lesdites deux parties (4, 5), au moins un élément intermédiaire (50) réalisé au moins partiellement selon le procédé LIGA et/ou par découpe laser et définissant au moins en partie la cavité de moulage (17).Process for manufacturing an amorphous or partially amorphous metal part comprising the following operations: - provide a mold (3) comprising a body in two parts (4, 5) movable relative to each other, the mold (3) being able to take a closed state where the two parts (4, 5) form between they a molding cavity (17) and an open state where the two parts (4, 5) are distant from each other to allow demoulding, - introduce molten metal into the molding cavity (17) and cool it sufficiently quickly so that, once solidified, the metal is amorphous or partially amorphous, - remove the solidified metal from the mold (3), characterized in that the mold (3) comprises, between said two parts (4, 5), at least one intermediate element (50) produced at least partially according to the LIGA process and/or by laser cutting and defining at least partly the molding cavity (17). Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite pièce est un composant horloger.Method according to claim 14, characterized in that said part is a watch component. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ladite pièce est un ressort, par exemple un ressort de rappel de bascule ou de levier de pièce d'horlogerie ou un ressort moteur de pièce d'horlogerie.Method according to claim 14 or 15, characterized in that said part is a spring, for example a return spring of a rocker or lever of a timepiece or a driving spring of a timepiece. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ladite pièce est une roue dentée ou un organe d'échappement d'horlogerie.Method according to claim 14 or 15, characterized in that said part is a toothed wheel or a timepiece escapement member.
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