WO2016151394A2 - Method for manufacturing an anisotropic micromechanical component - Google Patents

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WO2016151394A2
WO2016151394A2 PCT/IB2016/000391 IB2016000391W WO2016151394A2 WO 2016151394 A2 WO2016151394 A2 WO 2016151394A2 IB 2016000391 W IB2016000391 W IB 2016000391W WO 2016151394 A2 WO2016151394 A2 WO 2016151394A2
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Julien STERVINOU
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    • B29K2105/0872Prepregs
    • B29K2105/0881Prepregs unidirectional

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing by molding a micromechanical component made from a composite material.
  • micromechanical components are machined in a metallic material, such as iron, nickel silver, copper, brass, or the like, and by bar turning in the end of a bar, or by cutting off a profile, or by stamping or punching a plate, or by milling a raw form.
  • a metallic material such as iron, nickel silver, copper, brass, or the like
  • Some components may also be molded of thermosetting or thermoplastic synthetic material as long as their geometry is suitable for the production of a mold. The essential advantage of these techniques is their low cost of producing series of components.
  • the conventional methods for implementing composite materials have significant disadvantages that make it difficult to produce micromechanical components.
  • the commonly used methods of implementation are generally unsuited to the particular constraints of small components. Therefore, a commonly used practice is to implement processes adapted to the size of the components to be produced but which, not taking into account the specificities of the composite materials, especially in terms of anisotropy, do not necessarily allow, because too random , to make the most of these materials. For example, the machining in the mass of a material Fibrous composite resulting in a massive cut of fibers removes the mechanical advantage of using such fibers.
  • FIG. 8 of the NTPT method illustrates a first step A which consists of a stack of fibers, which are positioned in a mold according to a fiber arrangement of (07-45 / 90/45 / 07-45 / 90) given as a 'example.
  • This stack is then fired in a step B on an open mold, without constraint of the thickness of the blank with respect to the thickness of the watch case.
  • step C the blank of the watch case is machined to a final geometry in any point different from that of the blank.
  • a disadvantage of this method is that the sacrificial zone constitutes the major part of the blank. Moreover, this machining makes lose the mechanical benefit offered by the use of long fibers because the integrity of long fibers is no longer respected, as explained in more detail in the following paragraphs. Moreover, it is no longer possible to guarantee the symmetry of orientation of the folds in the thickness of the finished part with a strong and hardly predictable incidence of the evolution of the geometry of the part. Thus, to benefit from the exploitation of composite materials, anisotropy must be taken into account at all stages of design and manufacture of the micromechanical component.
  • the present invention relates to a method of manufacturing by molding a micromechanical component made of a composite material respecting the anisotropy of said composite material.
  • a method of manufacturing by molding a micromechanical component made of an anisotropic composite material composed of at least two immiscible components, including at least one reinforcing fiber and a binder matrix, the fiber reinforcement being embedded in the binder matrix comprises a first step consisting in stacking, in a closed mold adapted to the shape of the finished part, successive layers of reinforcing fibers, impregnated with matrix, hereinafter folds, each fold consisting of a unidirectional web in which the reinforcing fibers are arranged parallel to each other, or woven plies, in which the reinforcing fibers are woven in two directions, or of multidirectional web, in which the reinforcing fibers are arranged without privileged orientation.
  • Each fold can have a given thickness ranging from 0.010 mm to 0.6 mm, the stack of plies forming a blank, the external dimensions of which are up to 50 or even 60 mm in length and up to 50 or even 60 mm in width.
  • the blank comprises at least one so-called final zone corresponding to a part of the micromechanical component and at least one so-called sacrificial zone intended for machining operations.
  • a second step is to apply a mechanical compression on the stack of plies forming the blank to ensure the compression of materials, said mechanical compression being associated with a temperature cycle.
  • the thickness of the blank obtained and compressed corresponds to the thickness of the micromechanical component.
  • this second step can be completed by the application of an air vacuum cycle in order to extract gases accumulated between the reinforcing fibers.
  • a third step is to remove material on the sacrificial zone or zones of the blank, so as to lead to the micromechanical component.
  • the blank formed in the first step has a specific anisotropic character, according to the fiber orientations and the thickness of each fold, this specific anisotropic character of the blank being chosen as a function of the characteristics of the micromechanical component to be produced.
  • the nature, shape and aesthetic appearance of the micromechanical component come from the shape of the mold, the type of stack and the material removal operations taking into account the specific anisotropic nature of the blank, which specific anisotropic character is taken over. in the micromechanical component produced.
  • the thickness of the micromechanical component does not correspond to the thickness of the blank obtained during the second step, removal of material is possible with an identical removal thickness both on the top and on the bottom of the 'draft.
  • This material removal thickness may correspond to an integer number of folds or to a thickness not corresponding to an integer number of folds.
  • This removal of symmetrical material on the top and bottom of the blank allows in particular to ensure the flatness of the micromechanical component by maintaining the balance of interlaminar voltages. This removal may be necessary for example when the tolerance of the thickness of the blank is not sufficient compared to the tolerance of the thickness of the finished part. In this case, a mechanical removal of material can achieve the desired tolerance. Ensuring this removal of material symmetrically on the top and bottom of the blank will avoid degrading the flatness of the component.
  • the reinforcing fiber is a dry or pre-impregnated fiber and the binder matrix is a liquid or semi-liquid matrix.
  • the material removal operation may for example consist of a bore, a cutting, a tapping, a drilling, a milling, a thread, a grinding and / or grinding, grinding, water jet cutting, laser cutting and engraving, laser / jet combination.
  • the blank is of thickness close to the desired final thickness, slightly greater or to an integer close to fold, so as to be made to a desired thickness and flatness by a grinding or milling.
  • the realization of tapping or a driving operation in a local area of said micromechanical component can be done only if the fibers are arranged in said local area, in different directions, so as to locally create a quasi isotropic behavior.
  • a manufacturing method by molding a rocker is made from a blank in which the rocker has a serge in which at least two spaced connecting arms are connected to said serge by a their ends, said connecting arms being interconnected by their other end by an annular element in the center of said serge.
  • the blank comprises at least one reinforcing fiber with a high Young's modulus of between 100 and 900GPa.
  • the blank comprises a stack of successive layers of reinforcing fibers, impregnated with matrix, in a flat or quasi-flat mold, the reinforcing fibers taking the form of the mold.
  • the stack of successive layers of reinforcement fibers hereinafter plies, comprises one or more so-called final zones corresponding to a portion of the balance, the link arms of the balance being composed of fibers oriented radially and the central annular portion being composed of fibers whose orientation is varied.
  • the blank is made from a carbon fiber and an epoxy resin, the carbon fiber being embedded in the epoxy resin.
  • a method of manufacturing by molding a top and / or bottom member of a vortex cage made from a blank, wherein said upper and / or lower member of a tourbillon cage has at least two arms. Each arm has two ends, said arms being distributed around an end by which said arms are connected, the reinforcing fibers being oriented, longitudinally, in a number of orientations at least equal to the number of arms.
  • the blank is made from a carbon fiber and an epoxy resin, the carbon fiber being embedded in the epoxy resin.
  • FIG. 1 represents a perspective view a stack of plies of composite materials constituting a type of blank
  • FIG. 2 shows an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials, the plies having unidirectional fibers in precise and varied orientations;
  • FIG. 3 represents an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials, plies having different thicknesses, unidirectional fibers and woven fibers;
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials and two metal sheets disposed at each end for sandwiching plies having unidirectional fibers and woven fibers;
  • FIG. 5 represents a partial schematic view of the production of a balance from a stack of plies of composite materials comprising fibers in four orientations, the folds being then compressed to form a blank from which the balance is extracted;
  • FIG. 6 represents a partial schematic view of the embodiment of a vortex cage element from a stack of plies of composite materials comprising fibers in three orientations, the plies then being compressed to form a blank from which is extracted the element of tourbillon cage;
  • FIG. 7 represents a blank from which three indicator hands are extracted;
  • FIG. 8 represents a known method NTPT; and - Figure 9 shows a method according to the present invention.
  • the following description concerns horological applications and more particularly, a manufacturing process by molding a balance 4B, a tourbillon cage element 4E and needles 4A from a blank 1.
  • the machining of watch components is done via the use of blanks 1.
  • These blanks 1 have a standard external shape for which the component manufacturers equip their centers with machining of adapted positions, allowing easy positioning and location, as well as sometimes, a suitable gripping mode for palletizing for serial work.
  • the component (s) 4 can then be machined and taken from this blank 1.
  • the fibers are grouped in the form of plies 2 that is to say having two and a half dimensions (a plane and a thickness) and that these fibers are pre-impregnated with a binder matrix.
  • the blank 1 consists of a stack of plies 2 of composite materials.
  • the blank 1 thus advantageously combines a strict compliance with the orientations and positions of the fibers, decided according to the type of component 4B, 4E, 4A to be produced from the blank 1, as well as a precision of the component 4B , 4E, 4A then taken from the blank 1 known according to the capability of the machine used.
  • the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials, the plies 2 having unidirectional fibers in various orientations, for example according to the arrangement illustrated in FIG. Figure 2 (0 / -45 / 45/0/0/0/45 / -45 / 0).
  • the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials, the plies 2 having different thicknesses, unidirectional fibers 2U and woven fibers 2T, either in this case. example three folds 21) arranged between two folds 2T.
  • the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials and two metal sheets 3 arranged at each end to sandwich pleats 2 having unidirectional fibers 2U and in the center of the 2T woven fibers.
  • This blank 1 for example of FIG. 3 or of FIG. 4, once consolidated, can be machined on a machining center with known precision capabilities in order to produce a micromechanical component with the desired advantages of the composite materials constituting it and with great repeatability from one manufacture to another.
  • the blank 1 will advantageously have a high accuracy of thickness and flatness, compatible with the tolerances required according to these criteria on the component 4B, 4E, 4A finished.
  • the machining will generally take place in two operations, the work being carried out on the face from above, then from below.
  • the intervention on the underside will require a flipping of the component 4B, 4E, 4A, following which the precise knowledge of thickness and flatness of the blank 1 allow a respect of the same tolerances on the component 4B, 4E, 4A.
  • This respect of tolerance of thickness and flatness will be guaranteed by the phase of implementation and consolidation of the blank 1 (stack of a known number of folds 2 of a known thickness of folds) and the pressure / temperature conditions to ensure a final thickness of the blank 1.
  • the pitch of the folds 2 does not allow exact compliance with this thickness (the final thickness corresponds to a whole number of folds that can, for their part, be of different thicknesses ).
  • the final thickness corresponds to a whole number of folds that can, for their part, be of different thicknesses ).
  • a thickness setting operation must be performed to guarantee the tolerance of thickness and flatness. This operation can be carried out on a platen machine (single-sided or double-sided), for example by grinding or milling.
  • the first step in the development of the present invention is to define its constitution, in terms of choice of the nature, type, number and orientation of each ply 2 of prepreg. This choice will be different according to the purpose of the component 4B, 4E, 4A which will be machined in the present invention, whether the purpose is mechanical, aesthetic or otherwise.
  • a variable moment-inertia rocker comprises a wheel-shaped part comprising a serge, connecting elements between the serge and the axis of the balance and a certain arrangement of screws nuts or flyweights fixed on the serge of the pendulum that allow by adjusting their positions to change the unbalance and the moment of inertia of the pendulum.
  • the accuracy of a watch equipped with a sprung balance depends essentially on the frequency stability of its sprung balance.
  • Different parameters affect the frequency stability of a sprung balance whose amplitude variations of the pendulum oscillations. These amplitude variations are notably related to the positions of the watch, to the loss of the moment of force, to the friction, in particular with the pivots of the balance shaft and the unbalance of the latter. This has the effect of causing a lack of isochronism of the sprung balance, this isochronism defect having an impact on the precision of the timepiece.
  • the mass we can mention in particular the mass, the resistance, the coefficient of friction, the coefficient of thermal expansion, the amagnetism, the hardness, ... It is extremely rare and not very likely that only one material alone can satisfy all the expected characteristics.
  • the present invention aims to select and combine different materials that best meet each function of the balance.
  • the axis of rotation In a watch clock, the axis of rotation must have specific features to reduce friction, it will usually be made of brass.
  • the weights must have a high density, that is to say a concentrated mass for a small volume, more precisely a minimized outer surface to limit the friction of the air to which the pendulum will be subjected during oscillations.
  • These masses can be made for example platinum.
  • the characteristics of the axis and flyweights being defined, it is expected that the part mechanically connecting them to be the most transparent in terms of mass, deformation, elongation.
  • the use of a composite material based on carbon fibers and epoxy resin has these advantages, with a very high strength / mass ratio.
  • This very high ratio is made possible thanks to the intrinsic characteristics of the composite material, but also to its non-isotropic use, that is to say with a fiber orientation in a precise direction, as a function of the forces exerted by the weights on the hub, namely their own mass and the centrifugal force in motion.
  • This precise determination of the forces makes it possible to choose a fiber with a high Young's modulus, between 100 and 900GPa, a binding matrix making it possible to transit the forces in the fiber, and a precise orientation of the fibers, this resulting in a mechanical connection between weights and hub for a minimized mass.
  • This mass gain makes it possible, with a given inertia, to produce a complete balance wheel of reduced mass, or of equal mass, to be able to increase its inertia by allocating the mass gained to the flyweights.
  • This orientation will be predominantly radial, in order to limit the boom to stop due to the mass of the weights and bending the arms, and limit the elongation during oscillations, due to the centrifugal force of traction exerted by the weights.
  • This radial distribution is made possible by the use of unidirectional sheets or son.
  • the conventional assembly of hunting to assemble materials of different nature will be made possible by the local orientation of the particular fibers. Indeed, we have seen that the mechanical considerations led to a preferred fiber orientation along radial axes. These orientations of fibers on such small thicknesses do not allow the driving, the driven axis exerting a uniformly distributed pressure in all directions of the plane, which leads to delamination, separation of the fibers. By arranging fibers in different directions in the area near the hunting, the fibers will be allowed to counter this pressure exerted by the driven axis. This method of assembly can be used to fix the weights on the joining part made of composite materials.
  • a major feature is its dimensional stability over time and depending on external conditions, particularly the impact of temperature, to ensure a constant isochronism.
  • the present invention makes it possible to ensure a very high dimensional stability thanks to a lower coefficient of thermal expansion than the conventionally used materials.
  • the arrangement of the fibers will be extremely important for the respect of the criterion of thermal elongation. Indeed, if the appropriately selected fiber can have a coefficient of thermal expansion almost zero, this is not the case of the binder matrix, the family of polymers.
  • the consolidated composite material will have an almost zero elongation in the longitudinal direction of the fibers, while it will be non-negligible in the transverse direction. Therefore, the radial orientation favored by the mechanical aspects is also suitable for thermal aspects. Virtually zero elongation ensures constant inertia as a function of temperature. Elongation, which we can not avoid, in the transverse direction of the fibers, will have no impact on the inertia of the balance.
  • the accuracy of the calibres depends on the quality of their regulating organ, and the obtaining of very high oscillation frequencies, for example of 10 Hz, to be compared to the usual frequencies of 2.5 to 4 Hz, can only be obtained with the design of suitable regulating members, particularly with regard to the pendulum.
  • the aerodynamic aspects have a significant impact on the performance, which can be seen in particular through the value of the quality factor.
  • the fundamental parameter qualifying any resonator is its Q quality factor. It is a dimensionless number that can be interpreted in two different but closely related ways. We can first consider Q as the ratio between the internal energy W of the resonator and the energy dissipation ⁇ ⁇ ⁇ / due to Joule losses during an oscillation cycle. A high quality factor resonator will thus require less energy for its maintenance than an identical resonator but with a low quality factor.
  • the stability of a resonator is proportional to its quality factor.
  • the stability of a time base is therefore directly related to the quality factor of its resonator: the higher it is, the more the resonator is insensitive to its maintenance mechanism. In order to maximize the latter, it is necessary to reduce the friction on the moving parts.
  • An aerodynamic study of the pendulum in motion shows that it is necessary to limit the wet surface and to minimize the coefficient of drag.
  • One solution is to minimize the front surface and give the arms a shape with leading and trailing edges with a suitable profile. At the scale considered, it is not obvious to produce such shapes by conventional machining methods.
  • the present invention proposes to advantageously use the molding capacity of the fibers by producing this profile in a molding tool which will in turn move the fibers during their implementation and ensure compliance with this aerodynamic profile, guaranteeing a better performance. aerodynamic than a rectangular section.
  • the composite material selected for the present invention also has advantageous non-magnetic characteristics in the case of use of a balance, thus limiting its influence to external magnetic disturbances and ensuring a constancy of isochronism.
  • the composite material selected for the present invention also has a high corrosion resistance.
  • a rocker 4B is made from a blank 1 consisting of a stack of seven plies 2 of composite materials comprising fibers in four orientations.
  • the folds 2 are compressed to form a blank 1 from which the balance 4B is extracted after a machining operation.
  • the balance 4B taken includes a serge 5, discontinuous, in which four connecting arms 6 spaced apart from each other are connected to said serge 5 by one end of said arms 6.
  • the link arms 6 are interconnected by their other end by an annular element 7 in the center of said serge 5.
  • the four connecting arms 6 and the serge 5 are made of a composite material based on carbon fibers and epoxy resin having a very high strength / strength ratio. mass.
  • the fibers are oriented radially with respect to an axis of rotation around the annular element 7 and whose orientation of the fibers in the annular element is achieved by arranging the reinforcing fibers in different directions.
  • the stack of folds 2 is made with unidirectional fibers according to the illustrated arrangement comprising four different orientations, a first orientation at 0 °, a second orientation at 90 °, a third and a fourth orientation determined by the arrangement of the connecting arms 6, the value 0 ° corresponding to fibers oriented along the bisector of an angle between two successive arms 6 connected by a serge portion 5.
  • the angle ⁇ is the bisector of the angle between the two arms 6 successive.
  • the angle between said successive arms 6 connected by a serge portion 5 is 2 ⁇ °.
  • the angle ⁇ can take a value between 10 ° and 90 ° for example.
  • the balance 4B may comprise additional elements, for example flyweights, which are directly integrated during the production phase of the blank 1.
  • the blank 1 is made of an anisotropic composite material composed of carbon fibers and epoxy resin having a very high strength / mass ratio.
  • the method comprises a first operation consisting in stacking, in a mold, successive layers of carbon fibers, impregnated with epoxy resin, hereinafter plies 2, each ply 2 consisting of a unidirectional layer in which the carbon fibers are arranged. parallel to each other, each ply 2 having a given thickness ranging from 0.010mm to 0.6mm, the stack of plies 2 forming a blank 1, the external dimensions of which are up to 60mm in length and up to 60mm in width .
  • the blank 1 comprises a so-called final zone 11 corresponding to the shape of the balance 4B and a so-called sacrificial zone 10 intended for machining operations.
  • the balance 4B with variable moment of inertia comprises a serge 5, discontinuous, in which four spaced apart connecting arms 6 are connected to said serge 6 by one end of said arms 6, said connecting arms 6 are connected by one of their end to a central ring 7 and at their other end, two by two, at a serge portion 5.
  • the link arms 6 and the serge 5 are made of a composite material using a carbon fiber, with a high Young's modulus between 100 and 900GPa, whose fibers are oriented radially with respect to an axis of rotation around the annular element 7 and whose orientation of the fibers in the annular element 7 is made by arranging the reinforcing fibers in different directions.
  • the method is implemented to manufacture another watch component 4, such as an upper or lower element of tourbillon cage 4E for a watch movement, illustrated in FIG. composite materials.
  • another watch component 4 such as an upper or lower element of tourbillon cage 4E for a watch movement, illustrated in FIG. composite materials.
  • the tourbillon while improving the performance of a mechanical movement in terms of isochronism, nevertheless has an impact on the operation of said movement by its energy consumption, a direct impact on the power reserve and potentially on the isochronism according to its mass.
  • the tourbillon cage Like any moving element of a mechanical movement, the tourbillon cage has every interest in having a minimized total mass.
  • the use of a low density material is therefore preferred.
  • the upper and lower cages generally have slender arms. This slenderness, which imposes a weak section, therefore requires a high resistance. It is a material with a high ratio of rigidity / mass that will be suitable.
  • a composite material in the reinforcing fiber sense such as a carbon fiber and a binder matrix such as an epoxy resin, has intrinsic mechanical properties superior to the materials conventionally used for producing tourbillon cages, particularly in terms of specific Young's modulus. that is, the module brought back to the ground.
  • a major feature of the latter is its dimensional stability over time and depending on external conditions, particularly the impact of temperature, to ensure a constant isochronism.
  • the present invention makes it possible to ensure a very great dimensional stability thanks to a coefficient of thermal expansion lower than conventionally used materials. For this, it will be necessary to choose a particular carbon fiber, having a thermal expansion specificity of almost zero, while retaining its mechanical characteristics, specifically in terms of Young's modulus, particularly important in this case of use. Moreover, the arrangement of the fibers will be extremely important for meeting this criterion of thermal elongation.
  • the consolidated composite material will have an almost zero elongation in the longitudinal direction of the fibers, while it will be non-negligible in the transverse direction. Therefore, the radial orientation favored by the mechanical aspects is also suitable for thermal aspects. Virtually zero elongation ensures constant inertia as a function of temperature. Elongation, which can not be avoided, in the transverse direction of the fibers, will have no impact on the inertia of the cage.
  • the composite material selected for the present invention also has advantageous non-magnetic characteristics in the case of use of a vortex cage, thus limiting its influence to external magnetic disturbances and ensuring consistency of the isochronism.
  • the composite material selected for the present invention also has a high corrosion resistance.
  • the upper and / or lower element of a tourbillon cage 4E for a timepiece is obtained from a blank 1.
  • the element 4E comprises three arms 8 distributed around a end 9 by which said arms 8 are connected, the arms 8 being made of a composite material using a reinforcing fiber, the fibers are oriented longitudinally in three orientations.
  • the stack of folds 2 is made with unidirectional fibers having an orientation of 60 ° relative to each other.
  • the stack of folds 2 is made with unidirectional fibers according to the following arrangement: (0/60 / -60 / 0/60 / -60 / 0/60 / -60).
  • a mirror symmetry should be respected in the stack, but in the present case, an identical distribution of the orientations in each arm 8 is favored in order to have a homogeneous mechanical behavior from one arm 8 to the other.
  • needles 4A of a watch are made from a blank 1, consisting of a stack of folds 2 whose reinforcing fibers are oriented, longitudinally, according to FIG. least two orientations. In this example, there are three folds 2.
  • the shape of the mold in which the stack according to the invention is made is closely adapted to the shape of the finished part, so that the sacrificial zone does not constitute the major part of the blank .
  • the nature of the stack and in particular the orientations of the folds is determined by the mechanical aspects. They differ from one room to another and are not necessarily a variation of 45 ° every fold.
  • a very important element concerns the symmetry of orientations in the stack: interlaminar constraints are created between the layers. Since two contact layers are oriented in different directions, this constraint could result in a negative impact on the flatness and unless taking countermeasures, the piece will go into "chips".
  • One method to overcome this problem is to make a stack "mirror", that is to say a stack symmetrical with respect to the neutral fiber: in general the medium (in the thickness) of the room.
  • a stack "mirror” that is to say a stack symmetrical with respect to the neutral fiber: in general the medium (in the thickness) of the room.
  • watch components can be manufactured according to the method described, such as for example a stamp / hammer, a cog, a vortex, a spring / jumper , a mass support, a watch case without ice, a watch bezel and many other components
  • the coloring of the material is not described, but it is possible in an additional step of the process.
  • the present invention aims to ensure, in each place of a micromechanical component produced, an optimum arrangement of the constituent fibers, according to the considerations required by the need, whether mechanical or aesthetic, for example.
  • the present invention also allows the manufacture of a micromechanical component for other fields such as medical, automotive, mobile telephony, aviation, space, robotics, jewelery or leather goods.

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Abstract

A method for manufacturing, by moulding, a micromechanical component (4B, 4E, 4A) produced on the basis of an anisotropic composite material made up of at least two immiscible components, at least one being a reinforcing fibre and one a binding matrix, the reinforcing fibre being embedded in the binding matrix, involves a first step in which successive layers of reinforcing fibres, which are impregnated with matrix and hereinafter referred to as plies (2) are layered in a mould. Each ply (2) is made up of a single-direction web or of woven plies (2) or of multidirectional web. Each ply (2) has a given thickness ranging from 0.010 mm to 0.6 mm, and the layering of the plies (2) forms a rough form (1) the external dimensions of which are up to 50 or even 60 mm in length and up to 50 or even 60 mm in width. The rough form (1) comprises at least one zone referred to as the final zone (11) corresponding to part of the micromechanical component (4B, 4E, 4A) and at least one zone referred to as the sacrificial zone (10) intended for machining operations. A second step involves applying mechanical compression to the layer stack of plies (2) that forms the rough form (1) so as to compress the materials, said mechanical compression being associated with a temperature cycle or even, if appropriate, with an air evacuation cycle with a view to extracting gases that have built up between the reinforcing fibres. A third step involves machining the sacrificial zone or zones (10) of the rough form (1) so as to end up with the micromechanical component (4B, 4E, 4A). The rough form (1) formed in the first step has a specific anisotropic nature dependent on the orientations of the fibres and on the thickness of each ply (2), this specific anisotropic nature of the rough form (1) being chosen according to the features of the micromechanical component that is to be produced. The nature, form and aesthetic appearance of the micromechanical component (4B, 4E, 4A) come from the shape of the mould, from the type of layering and from the machining operations taking account of the specific anisotropic nature of the rough form (1), which specific anisotropic nature is found again in the finished micromechanical component (4B, 4E, 4A).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT MICROMECANIQUE  METHOD FOR MANUFACTURING A MICROMECHANICAL COMPONENT
ANISOTROPIQUE  ANISOTROPIC
La présente invention concerne un procédé de fabrication par moulage d'un composant micromécanique réalisée à base d'un matériau composite. The present invention relates to a method of manufacturing by molding a micromechanical component made from a composite material.
De manière générale, les composants micromécaniques les plus fréquemment utilisés sont usinées dans un matériau métallique, tel que le fer, maillechort, cuivre, laiton, ou autre, et ce par décolletage dans l'extrémité d'une barre, ou par tronçonnage d'un profilé, ou par emboutissage ou poinçonnage d'une plaque, ou par fraisage d'une forme brute. Certains composants peuvent également être moulés en matière synthétique thermodurcissable ou thermoplastique pour autant que leur géométrie se prête à la réalisation d'un moule. L'avantage essentiel de ces techniques est leur faible coût de réalisation de séries de composants. In general, the most frequently used micromechanical components are machined in a metallic material, such as iron, nickel silver, copper, brass, or the like, and by bar turning in the end of a bar, or by cutting off a profile, or by stamping or punching a plate, or by milling a raw form. Some components may also be molded of thermosetting or thermoplastic synthetic material as long as their geometry is suitable for the production of a mold. The essential advantage of these techniques is their low cost of producing series of components.
La tendance actuelle veut que les composants soient plus résistants, plus légers, et plus esthétiques. Les matériaux composites, au sens fibre de renfort et matrice liante, répondent à ces critères. Des domaines tels que l'aéronautique, le nautisme, le ferroviaire ou l'automobile ont su tirer profit des avantages de tels matériaux et ont développé un ensemble de procédés de mise en œuvre adaptés à leurs besoins, généralement résumés ainsi: capacité de réalisation de pièces de grandes dimensions, résistantes et légères, présentant des surfaces plus ou moins gauches. The current trend is for components to be stronger, lighter, and more aesthetic. Composite materials, in the sense of reinforcing fiber and binder matrix, meet these criteria. Areas such as aeronautics, nautical, rail or automobile have taken advantage of the advantages of such materials and have developed a set of implementation processes adapted to their needs, generally summarized as follows: large, durable and lightweight parts with more or less lefts.
Toutefois, pour des composants micromécaniques, les procédés conventionnels de mise en œuvre des matériaux composites présentent des inconvénients de taille qui rend difficile la réalisation de composants micromécaniques. Les procédés de mise en œuvre couramment utilisés sont généralement inadaptés aux contraintes particulières de composants de petites dimensions. Dès lors une pratique couramment utilisée consiste à mettre en œuvre des procédés adaptés à la dimension des composants à réaliser mais qui, ne prenant pas en compte les spécificités des matériaux composites, notamment en matière d'anisotropie, ne permettent pas obligatoirement, car trop aléatoire, de tirer le meilleur profit de ces matériaux. Par exemple, l'usinage dans la masse d'un matériau composite fibreux résultant à une coupe massive des fibres ôte l'avantage mécanique de l'utilisation de telles fibres. However, for micromechanical components, the conventional methods for implementing composite materials have significant disadvantages that make it difficult to produce micromechanical components. The commonly used methods of implementation are generally unsuited to the particular constraints of small components. Therefore, a commonly used practice is to implement processes adapted to the size of the components to be produced but which, not taking into account the specificities of the composite materials, especially in terms of anisotropy, do not necessarily allow, because too random , to make the most of these materials. For example, the machining in the mass of a material Fibrous composite resulting in a massive cut of fibers removes the mechanical advantage of using such fibers.
Il est d'ailleurs connu de l'état de la technique un procédé utilisant les matériaux composites pour la réalisation de composants horlogers et notamment des boites de montre. Ce procédé, appelé NTPT (Noth Thin Ply Technology), est d'ailleurs expliqué dans une vidéo sur « YouTube » (https://www.voutube.com/watch?v=30UOopxBxu) dans laquelle est expliquée la constitution d'une ébauche, puis une opération d'enlèvement de matière, par usinage, pour obtenir une boite de montre. On voit distinctement dans la constitution de l'ébauche, que la géométrie de cette dernière n'est pas précisément adaptée à la géométrie de la pièce finie, de telle sorte que l'enlèvement de matière par usinage résulte une coupe massive des fibres, dans tous les plans. L'aspect esthétique de la pièce fait apparaître en tout point de la pièce, une mise à nue des différentes strates, illustrant ainsi leur coupe massive, aussi bien longitudinale que transversale. Ce procédé pourrait être défini comme un usinage dans la masse d'un bloc stratifié. It is also known from the state of the art a method using composite materials for the production of watch components and including watch cases. This process, called NTPT (Noth Thin Ply Technology), is also explained in a video on "YouTube" (https://www.voutube.com/watch?v=30UOopxBxu) in which is explained the constitution of a roughing, then a material removal operation, by machining, to obtain a watch case. It is clearly seen in the constitution of the blank, that the geometry of the latter is not precisely adapted to the geometry of the finished part, so that the removal of material by machining results in a massive cut of the fibers, in all the plans. The aesthetic aspect of the piece shows in every point of the room, an exposure of the different layers, thus illustrating their massive cut, both longitudinal and transverse. This method could be defined as a machining in the mass of a laminated block.
La figure 8 du procédé NTPT illustre une première étape A qui consiste en un empilement de fibres, qui sont positionnées dans un moule selon une disposition des fibres de (07-45/90/45/07-45/90) donnée à titre d'exemple. Cet empilement est ensuite cuit dans une étape B sur un moule ouvert, sans contrainte de l'épaisseur de l'ébauche par rapport à l'épaisseur de la boite de montre. Dans une étape C, l'ébauche de la boite de montre est usinée jusqu'à une géométrie finale en tout point différente de celle de l'ébauche. FIG. 8 of the NTPT method illustrates a first step A which consists of a stack of fibers, which are positioned in a mold according to a fiber arrangement of (07-45 / 90/45 / 07-45 / 90) given as a 'example. This stack is then fired in a step B on an open mold, without constraint of the thickness of the blank with respect to the thickness of the watch case. In a step C, the blank of the watch case is machined to a final geometry in any point different from that of the blank.
Un inconvénient à ce procédé est que la zone sacrificielle constitue la majeure partie de l'ébauche. Par ailleurs, cet usinage fait perdre le bénéfice mécanique offert par l'utilisation des fibres longues car l'intégrité des fibres longues n'est plus respectée, comme expliqué plus en détail dans les paragraphes suivants. De plus, il n'est plus possible de garantir la symétrie d'orientation des plis dans l'épaisseur de la pièce finie avec une incidence forte et difficilement prévisible de l'évolution de la géométrie de la pièce. Ainsi, pour tirer bénéfice de l'exploitation de matériaux composites, l'anisotropie doit être prise en compte à tous les stades de conception et de fabrication du composant micromécanique. Les choix du couple fibre / matrice, la détermination de l'orientation des fibres en chaque point du composant micromécanique et la prise en compte des opérations nécessaires à la fabrication du composant, par exemple une opération d'usinage, qui ont fait l'objet d'une étude théorique sont compliqués à mettre en application, d'un point de vue pratique. En effet, le procédé respectant cette succession d'opérations permettant la conformité des choix théoriques tout au long de la fabrication jusqu'à obtention du composant micromécanique est difficile à mettre en œuvre. A disadvantage of this method is that the sacrificial zone constitutes the major part of the blank. Moreover, this machining makes lose the mechanical benefit offered by the use of long fibers because the integrity of long fibers is no longer respected, as explained in more detail in the following paragraphs. Moreover, it is no longer possible to guarantee the symmetry of orientation of the folds in the thickness of the finished part with a strong and hardly predictable incidence of the evolution of the geometry of the part. Thus, to benefit from the exploitation of composite materials, anisotropy must be taken into account at all stages of design and manufacture of the micromechanical component. The choices of the fiber / matrix pair, the determination of the orientation of the fibers at each point of the micromechanical component and the taking into account of the operations necessary for the manufacture of the component, for example a machining operation, which have been the subject of of a theoretical study are complicated to implement, from a practical point of view. Indeed, the process respecting this succession of operations allowing the conformity of the theoretical choices throughout the production until the micromechanical component is difficult to implement.
Par exemple, dans le cas des matériaux couramment utilisés pour la réalisation de composants horlogers ou micromécanique, il suffit de connaître la nature du matériau et les traitements éventuels qu'il a pu subir pour prédire, de manière précise, le comportement final du composant. Le concepteur choisira ainsi, en fonction de son besoin, parmi une table de matériaux aux propriétés bien connues. Dans le cas de l'emploi d'un matériau composite, la connaissance du couple fibre / matrice n'est pas suffisante pour permettre au concepteur de prédire le comportement final du composant à réaliser, tant le comportement de ce dernier peut varier, pour un même couple fibre / matrice choisi, en fonction de la position et l'orientation de ces fibres. Par ailleurs, les procédés conventionnels consistant en une superposition de plis mis en œuvre en moule ouvert ne sont pas compatibles avec le niveau de précision requis pour un composant micromécanique. Ils peuvent néanmoins permettre la réalisation d'un composant avec un excédent de matière. Cet excédent sera ensuite enlevé par un procédé d'enlèvement de matière. Compte tenu du caractère non isotrope du matériau composite consolidé, selon la nature de la géométrie de l'enlèvement de matière, ce dernier peut être tout à fait préjudiciable quant à l'intégrité mécanique du composant. En effet, l'usinage dans la masse, quel que soit le procédé, sans prise en compte très fine de la constitution interne, au sens de la connaissance précise de la nature, l'épaisseur, la constitution, la position et orientation de chaque pli est donc fortement hasardeuse quant à la qualité du composant ainsi produit. Les procédés de moulage en moule fermé, moulage par compression notamment, permettent la réalisation de composants aux formes plus complexes, pouvant par exemple limiter la nécessité de recourir à des opérations ultérieures d'enlèvement de matière. Néanmoins, dans ce cas-là, l'obtention de formes complexes est notamment rendue possible grâce à l'application de fortes pressions sur le matériau composite lors de la mise en œuvre. Cette forte pression va permettre un fluage de la matrice à l'état visqueux et engendre inévitablement un déplacement des fibres, sans connaissance précise de la position de chaque pli au terme du processus. Ce type de procédé n'est plus adapté dès lors que l'on souhaite une position figée de chaque pli du début à la fin du processus de mise en œuvre, que ce soit pour des raisons mécaniques ou esthétiques notamment. For example, in the case of materials commonly used for producing watchmaking or micromechanical components, it is sufficient to know the nature of the material and the possible treatments it may have undergone to accurately predict the final behavior of the component. The designer will choose, according to his needs, from a table of materials with well-known properties. In the case of the use of a composite material, the knowledge of the fiber / matrix pair is not sufficient to allow the designer to predict the final behavior of the component to be produced, as the behavior of the latter can vary, for a same fiber / matrix pair chosen, depending on the position and orientation of these fibers. Moreover, the conventional methods consisting of an overlay of plies implemented in an open mold are not compatible with the level of precision required for a micromechanical component. They can nevertheless allow the realization of a component with a surplus of material. This surplus will then be removed by a material removal process. Given the non-isotropic nature of the consolidated composite material, depending on the nature of the geometry of the removal of material, the latter can be quite detrimental to the mechanical integrity of the component. Indeed, the machining in the mass, whatever the process, without taking into account very fine of the internal constitution, in the sense of the precise knowledge of the nature, the thickness, the constitution, the position and orientation of each fold is therefore highly hazardous as to the quality of the component thus produced. In particular, closed-mold molding processes, particularly compression molding, allow the production of components with more complex shapes, which may, for example, limit the necessity of resorting to subsequent operations of removal of material. However, in this case, obtaining complex shapes is made possible in particular by the application of high pressure on the composite material during implementation. This high pressure will allow creep of the matrix in the viscous state and inevitably causes a displacement of the fibers, without precise knowledge of the position of each fold at the end of the process. This type of process is no longer suitable since it is desired a fixed position of each fold from the beginning to the end of the implementation process, whether for mechanical or aesthetic reasons in particular.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication par moulage d'un composant micromécanique réalisé à base d'un matériau composite en respectant l'anisotropie dudit matériau composite. Conformément à l'invention, un procédé de fabrication par moulage d'un composant micromécanique réalisée à base d'un matériau composite anisotropique composé d'au moins deux composants non miscibles, dont au moins une fibre de renfort et une matrice liante, la fibre de renfort étant noyée dans la matrice liante, comporte une première étape qui consiste à empiler, dans un moule fermé adapté à la forme de la pièce finie, des couches successives de fibres de renfort, imprégnées de matrice, ci-après plis, chaque pli étant constitué de nappe unidirectionnelle dans laquelle les fibres de renforts sont disposées parallèles les unes aux autres, ou de plis tissés, dans laquelle les fibres de renforts sont tissés selon deux directions, ou de nappe multidirectionnelle, dans laquelle les fibres de renforts sont disposées sans orientation privilégiée. Chaque pli peut avoir une épaisseur donnée allant de 0.010mm à 0.6mm, l'empilement des plis formant une ébauche, dont les dimensions externes sont jusqu'à 50 voire 60mm de longueur et jusqu'à 50 voire 60mm de largeur. L'ébauche comporte au moins une zone dite finale correspondant à une partie du composant micromécanique et au moins une zone dite sacrificielle destinée à des opérations d'usinage. Une deuxième étape consiste à appliquer une compression mécanique sur l'empilage de plis formant l'ébauche pour assurer la compression des matériaux, ladite compression mécanique étant associée à un cycle de température. De préférence, l'épaisseur de l'ébauche obtenue et compressée correspond à l'épaisseur du composant micromécanique. Optionnellement cette deuxième étape peut être complétée par l'application d'un cycle de vide d'air dans le but d'extraire des gaz accumulés entre les fibres de renfort. Enfin, une troisième étape consiste à procéder à des enlèvements de matière sur la ou les zones sacrificielles de l'ébauche, de manière à aboutir au composant micromécanique. L'ébauche formée dans la première étape présente un caractère anisotropique spécifique, selon les orientations des fibres et l'épaisseur de chaque pli, ce caractère anisotropique spécifique de l'ébauche étant choisi en fonction des caractéristiques du composant micromécanique à réaliser. La nature, la forme et l'aspect esthétique du composant micromécanique proviennent de la forme du moule, du type d'empilement et des opérations d'enlèvement de matière tenant compte du caractère anisotropique spécifique de l'ébauche, lequel caractère anisotropique spécifique est repris dans le composant micromécanique réalisé. The present invention relates to a method of manufacturing by molding a micromechanical component made of a composite material respecting the anisotropy of said composite material. According to the invention, a method of manufacturing by molding a micromechanical component made of an anisotropic composite material composed of at least two immiscible components, including at least one reinforcing fiber and a binder matrix, the fiber reinforcement being embedded in the binder matrix, comprises a first step consisting in stacking, in a closed mold adapted to the shape of the finished part, successive layers of reinforcing fibers, impregnated with matrix, hereinafter folds, each fold consisting of a unidirectional web in which the reinforcing fibers are arranged parallel to each other, or woven plies, in which the reinforcing fibers are woven in two directions, or of multidirectional web, in which the reinforcing fibers are arranged without privileged orientation. Each fold can have a given thickness ranging from 0.010 mm to 0.6 mm, the stack of plies forming a blank, the external dimensions of which are up to 50 or even 60 mm in length and up to 50 or even 60 mm in width. The blank comprises at least one so-called final zone corresponding to a part of the micromechanical component and at least one so-called sacrificial zone intended for machining operations. A second step is to apply a mechanical compression on the stack of plies forming the blank to ensure the compression of materials, said mechanical compression being associated with a temperature cycle. Preferably, the thickness of the blank obtained and compressed corresponds to the thickness of the micromechanical component. Optionally this second step can be completed by the application of an air vacuum cycle in order to extract gases accumulated between the reinforcing fibers. Finally, a third step is to remove material on the sacrificial zone or zones of the blank, so as to lead to the micromechanical component. The blank formed in the first step has a specific anisotropic character, according to the fiber orientations and the thickness of each fold, this specific anisotropic character of the blank being chosen as a function of the characteristics of the micromechanical component to be produced. The nature, shape and aesthetic appearance of the micromechanical component come from the shape of the mold, the type of stack and the material removal operations taking into account the specific anisotropic nature of the blank, which specific anisotropic character is taken over. in the micromechanical component produced.
Lorsque l'épaisseur du composant micromécanique ne correspond pas à l'épaisseur de l'ébauche obtenue lors de la deuxième étape, un enlèvement de matière est possible en respectant une épaisseur d'enlèvement identique aussi bien sur le dessus que sur le dessous de l'ébauche. Cette épaisseur d'enlèvement de matière peut correspondre à un nombre entier de plis ou à une épaisseur ne correspondant pas à un nombre entier de plis. Cet enlèvement de matière symétrique sur le dessus et le dessous de l'ébauche permet notamment de garantir la planéité du composant micromécanique grâce à la conservation de l'équilibre des tensions interlaminaires. Cet enlèvement peut être nécessaire par exemple lorsque la tolérance de l'épaisseur de l'ébauche n'est pas suffisante par rapport à la tolérance de l'épaisseur de la pièce finie. Dans ce cas-là, un enlèvement de matière mécanique peut permettre d'atteindre la tolérance recherchée. Le fait d'assurer cet enlèvement de matière de manière symétrique sur le dessus et le dessous de l'ébauche évitera de dégrader la planéité du composant. When the thickness of the micromechanical component does not correspond to the thickness of the blank obtained during the second step, removal of material is possible with an identical removal thickness both on the top and on the bottom of the 'draft. This material removal thickness may correspond to an integer number of folds or to a thickness not corresponding to an integer number of folds. This removal of symmetrical material on the top and bottom of the blank allows in particular to ensure the flatness of the micromechanical component by maintaining the balance of interlaminar voltages. This removal may be necessary for example when the tolerance of the thickness of the blank is not sufficient compared to the tolerance of the thickness of the finished part. In this case, a mechanical removal of material can achieve the desired tolerance. Ensuring this removal of material symmetrically on the top and bottom of the blank will avoid degrading the flatness of the component.
Dans une première forme d'exécution, la fibre de renfort est une fibre sèche ou pré-imprégnée et la matrice liante est une matrice liquide ou semi-liquide. L'opération d'enlèvement de matière peut consister par exemple en un alésage, un découpage, un taraudage, un perçage, un fraisage, un filetage, un émerisage et/ou une rectification, meulage, découpe jet d'eau, découpe et gravage laser, combinaison laser/jet d'eau. In a first embodiment, the reinforcing fiber is a dry or pre-impregnated fiber and the binder matrix is a liquid or semi-liquid matrix. The material removal operation may for example consist of a bore, a cutting, a tapping, a drilling, a milling, a thread, a grinding and / or grinding, grinding, water jet cutting, laser cutting and engraving, laser / jet combination.
Dans une autre forme d'exécution, l'ébauche est d'épaisseur proche de l'épaisseur finale souhaitée, légèrement supérieure ou à un nombre entier près de pli, de manière à être mise à une épaisseur et une planéité voulues par une opération de rectification ou fraisage. In another embodiment, the blank is of thickness close to the desired final thickness, slightly greater or to an integer close to fold, so as to be made to a desired thickness and flatness by a grinding or milling.
Afin de ne pas fragiliser le composant micromécanique, la réalisation de taraudages ou une opération de chassage dans une zone locale dudit composant micromécanique, ne peut se faire que si les fibres sont disposées, dans ladite zone locale, dans des directions différentes, de manière à créer localement un comportement quasi isotrope. In order not to weaken the micromechanical component, the realization of tapping or a driving operation in a local area of said micromechanical component, can be done only if the fibers are arranged in said local area, in different directions, so as to locally create a quasi isotropic behavior.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de fabrication par moulage d'un balancier est réalisé à partir d'une ébauche dans lequel le balancier comporte une serge dans laquelle au moins deux bras de liaison espacés sont reliés à ladite serge par une de leurs extrémités, lesdits bras de liaison étant reliés entre eux par leur autre extrémité par un élément annulaire au centre de ladite serge. L'ébauche comporte au moins une fibre de renfort au module de Young élevé, compris entre 100 et 900GPa. According to another aspect of the invention, a manufacturing method by molding a rocker is made from a blank in which the rocker has a serge in which at least two spaced connecting arms are connected to said serge by a their ends, said connecting arms being interconnected by their other end by an annular element in the center of said serge. The blank comprises at least one reinforcing fiber with a high Young's modulus of between 100 and 900GPa.
Selon cet autre aspect de l'invention, l'ébauche comporte un empilement de couches successives de fibres de renfort, imprégnées de matrice, dans un moule plan ou quasi plan, les fibres de renfort prenant la forme du moule. L'empilement de couches successives de fibres de renfort, ci-après plis, comporte une ou des zones dites finales correspondant à une partie du balancier, les bras de liaison du balancier étant composés de fibres orientées radialement et la partie annulaire centrale étant composée de fibres dont l'orientation est variée. According to this other aspect of the invention, the blank comprises a stack of successive layers of reinforcing fibers, impregnated with matrix, in a flat or quasi-flat mold, the reinforcing fibers taking the form of the mold. The stack of successive layers of reinforcement fibers, hereinafter plies, comprises one or more so-called final zones corresponding to a portion of the balance, the link arms of the balance being composed of fibers oriented radially and the central annular portion being composed of fibers whose orientation is varied.
De préférence, l'ébauche est réalisée à base d'une fibre de carbone et d'une résine epoxy, la fibre de carbone étant noyée dans la résine epoxy. Preferably, the blank is made from a carbon fiber and an epoxy resin, the carbon fiber being embedded in the epoxy resin.
Des éléments additionnels peuvent être intégrés dans l'ébauche avant de' subir la compression mécanique. Selon un tout autre aspect de l'invention, un procédé de fabrication par moulage d'un élément supérieur et/ou inférieur d'une cage de tourbillon réalisé à partir d'une ébauche, dans lequel ledit élément supérieur et/ou inférieur d'une cage de tourbillon comporte au moins deux bras. Chaque bras comporte deux extrémités, lesdits bras étant répartis autour d'une extrémité par laquelle lesdits bras sont reliés, les fibres de renfort étant orientées, de manière longitudinale, selon un nombre d'orientations au moins égal au nombre de bras. Additional elements can be integrated in the blank before being subjected to mechanical compression. According to a completely different aspect of the invention, a method of manufacturing by molding a top and / or bottom member of a vortex cage made from a blank, wherein said upper and / or lower member of a tourbillon cage has at least two arms. Each arm has two ends, said arms being distributed around an end by which said arms are connected, the reinforcing fibers being oriented, longitudinally, in a number of orientations at least equal to the number of arms.
Selon ce tout autre aspect de l'invention, l'ébauche est réalisée à base d'une fibre de carbone et d'une résine epoxy, la fibre de carbone étant noyée dans la résine epoxy. According to this other aspect of the invention, the blank is made from a carbon fiber and an epoxy resin, the carbon fiber being embedded in the epoxy resin.
Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d'exécution données uniquement à titre d'exemple, nullement limitative en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles : - La figure 1 représente une vue en perspective d'un empilement de plis de matériaux composites constituant un type d'ébauche ; The characteristics of the invention will appear more clearly on reading the description of several embodiments given solely by way of example, in no way limiting with reference to the schematic figures, in which: FIG. 1 represents a perspective view a stack of plies of composite materials constituting a type of blank;
- La figure 2 représente une vue éclatée en perspective d'un empilement de plis de matériaux composites, des plis ayant des fibres unidirectionnelles dans des orientations précises et variées ; - Figure 2 shows an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials, the plies having unidirectional fibers in precise and varied orientations;
- La figure 3 représente une vue éclatée en perspective d'un empilement de plis de matériaux composites, des plis ayant des épaisseurs différentes, des fibres unidirectionnelles et des fibres tissées ; FIG. 3 represents an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials, plies having different thicknesses, unidirectional fibers and woven fibers;
- La figure 4 représente une vue éclatée en perspective d'un empilement de plis de matériaux composites et de deux feuilles métalliques disposées à chaque extrémité pour prendre en sandwich des plis ayant des fibres unidirectionnelles et des fibres tissées ; FIG. 4 is an exploded perspective view of a stack of plies of composite materials and two metal sheets disposed at each end for sandwiching plies having unidirectional fibers and woven fibers;
- La figure 5 représente une vue schématique partielle de la réalisation d'un balancier à partir d'un empilement de plis de matériaux composites comportant des fibres selon quatre orientations, les plis étant ensuite compressés pour former une ébauche d'où est extrait le balancier ; FIG. 5 represents a partial schematic view of the production of a balance from a stack of plies of composite materials comprising fibers in four orientations, the folds being then compressed to form a blank from which the balance is extracted;
- La figure 6 représente une vue schématique partielle de la réalisation d'un élément de cage de tourbillon à partir d'un empilement de plis de matériaux composites comportant des fibres selon trois orientations, les plis étant ensuite compressés pour former une ébauche d'où est extrait l'élément de cage de tourbillon ; - La figure 7 représente une ébauche d'où sont extraites trois aiguilles indicatrices ; FIG. 6 represents a partial schematic view of the embodiment of a vortex cage element from a stack of plies of composite materials comprising fibers in three orientations, the plies then being compressed to form a blank from which is extracted the element of tourbillon cage; FIG. 7 represents a blank from which three indicator hands are extracted;
- La figure 8 représente un procédé connu NTPT ; et - La figure 9 représente un procédé selon la présente invention. FIG. 8 represents a known method NTPT; and - Figure 9 shows a method according to the present invention.
La description qui suit concerne des applications horlogères et plus particulièrement, un procédé de fabrication par moulage d'un balancier 4B, d'un élément de cage de tourbillon 4E et d'aiguilles 4A à partir d'une ébauche 1. The following description concerns horological applications and more particularly, a manufacturing process by molding a balance 4B, a tourbillon cage element 4E and needles 4A from a blank 1.
L'usinage de composants horlogers (par exemple 4B figure 5, 4E figure 6, 4A figure 7) se fait via l'emploi d'ébauches 1. Ces ébauches 1 possèdent une forme extérieure standard pour laquelle les fabricants de composants équipent leurs centres d'usinages de posages adaptés, permettant un positionnement et une localisation aisées, ainsi que parfois, un mode de préhension adéquat en vue d'une palettisation pour un travail sériel. Le ou les composants 4 peuvent ensuite être usinés et prélevés dans cette ébauche 1. The machining of watch components (for example 4B FIG. 5, 4E FIG. 6, 4A FIG. 7) is done via the use of blanks 1. These blanks 1 have a standard external shape for which the component manufacturers equip their centers with machining of adapted positions, allowing easy positioning and location, as well as sometimes, a suitable gripping mode for palletizing for serial work. The component (s) 4 can then be machined and taken from this blank 1.
La réalisation d'une ébauche 1 dont la constitution est précisément connue (nature du couple fibre / matrice, mais aussi position et orientation des fibres) permet de prédire le comportement mécanique final selon l'ébauche 1 choisie et dont les dimensions extérieures sont connues pour permettre à l'usineur en micromécanique de travailler de manière conventionnelle selon les règles de l'art de son domaine. The realization of a blank 1 whose constitution is precisely known (nature of the fiber / matrix pair, but also the position and orientation of the fibers) makes it possible to predict the final mechanical behavior according to the blank 1 chosen and whose external dimensions are known for allow the machinist in micromechanics to work in a conventional manner according to the rules of the art of his field.
Il est ici admis que les fibres sont regroupées sous forme de plis 2 c'est à dire possédant deux dimensions et demi (un plan et une épaisseur) et que ces fibres sont pré-imprégnées d'une matrice liante. On parlera à présent de plis 2. Comme illustré à la figure 1 , l'ébauche 1 est constituée d'un empilement de plis 2 de matériaux composites. It is here admitted that the fibers are grouped in the form of plies 2 that is to say having two and a half dimensions (a plane and a thickness) and that these fibers are pre-impregnated with a binder matrix. We will now talk about folds 2. As illustrated in Figure 1, the blank 1 consists of a stack of plies 2 of composite materials.
L'ébauche 1 permet donc d'allier avantageusement un strict respect des orientations et positions des fibres, décidées en fonction du type de composant 4B, 4E, 4A à fabriquer à partir de l'ébauche 1 , ainsi qu'une précision du composant 4B, 4E, 4A ensuite prélevé dans l'ébauche 1 connue selon la capabilité de la machine utilisée. Dans l'exemple illustré à la figure 2, l'ébauche 1 est réalisée à partir d'un empilement de plis 2 de matériaux composites, les plis 2 ayant des fibres unidirectionnelles dans des orientations variées, par exemple selon l'arrangement illustré à la figure 2 (0/-45/45/0/0/0/45/-45/0). The blank 1 thus advantageously combines a strict compliance with the orientations and positions of the fibers, decided according to the type of component 4B, 4E, 4A to be produced from the blank 1, as well as a precision of the component 4B , 4E, 4A then taken from the blank 1 known according to the capability of the machine used. In the example illustrated in FIG. 2, the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials, the plies 2 having unidirectional fibers in various orientations, for example according to the arrangement illustrated in FIG. Figure 2 (0 / -45 / 45/0/0/0/45 / -45 / 0).
Dans un autre exemple illustré à la figure 3, l'ébauche 1 est réalisée à partir d'un empilement de plis 2 de matériaux composites, les plis 2 ayant des épaisseurs différentes, des fibres unidirectionnelles 2U et des fibres tissées 2T, soit dans cet exemple trois plis 21) disposés entre deux plis 2T. Dans un autre exemple illustré à la figure 4, l'ébauche 1 est réalisée à partir d'un empilement de plis 2 de matériaux composites et de deux feuilles métalliques 3 disposées à chaque extrémité pour prendre en sandwich des plis 2 ayant des fibres unidirectionnelles 2U et au centre des fibres tissées 2T. In another example illustrated in FIG. 3, the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials, the plies 2 having different thicknesses, unidirectional fibers 2U and woven fibers 2T, either in this case. example three folds 21) arranged between two folds 2T. In another example illustrated in Figure 4, the blank 1 is made from a stack of plies 2 of composite materials and two metal sheets 3 arranged at each end to sandwich pleats 2 having unidirectional fibers 2U and in the center of the 2T woven fibers.
Cette ébauche 1 , par exemple de la figure 3 ou de la figure 4, une fois consolidée, pourra être usinée sur un centre d'usinage aux capabilités de précisions connues afin de réaliser un composant micromécanique avec les avantages souhaités des matériaux composites le constituant et avec une grande répétabilité d'une fabrication à l'autre. This blank 1, for example of FIG. 3 or of FIG. 4, once consolidated, can be machined on a machining center with known precision capabilities in order to produce a micromechanical component with the desired advantages of the composite materials constituting it and with great repeatability from one manufacture to another.
L'ébauche 1 aura avantageusement une grande précision d'épaisseur et de planéité, compatibles avec les tolérances requises selon ces critères sur le composant 4B, 4E, 4A fini. En effet l'usinage interviendra généralement en deux opérations, le travail s'effectuant sur la face de dessus, puis de dessous. L'intervention sur la face de dessous nécessitera un retournement du composant 4B, 4E, 4A, à la suite duquel la connaissance précise d'épaisseur et de planéité de l'ébauche 1 permettent un respect des mêmes tolérances sur le composant 4B, 4E, 4A. Ce respect de tolérance d'épaisseur et de planéité sera garanti par la phase de mise en œuvre et de consolidation de l'ébauche 1 (empilement d'un nombre connu de plis 2 d'une épaisseur connue de plis) et les conditions de pression / température pour garantir une épaisseur finale de l'ébauche 1. The blank 1 will advantageously have a high accuracy of thickness and flatness, compatible with the tolerances required according to these criteria on the component 4B, 4E, 4A finished. In fact, the machining will generally take place in two operations, the work being carried out on the face from above, then from below. The intervention on the underside will require a flipping of the component 4B, 4E, 4A, following which the precise knowledge of thickness and flatness of the blank 1 allow a respect of the same tolerances on the component 4B, 4E, 4A. This respect of tolerance of thickness and flatness will be guaranteed by the phase of implementation and consolidation of the blank 1 (stack of a known number of folds 2 of a known thickness of folds) and the pressure / temperature conditions to ensure a final thickness of the blank 1.
Selon le cas d'épaisseur finale souhaitée, il se peut que le pas des plis 2 ne permette pas un respect exact de cette épaisseur (l'épaisseur finale correspond à un nombre entier de plis pouvant, quant à eux, être d'épaisseurs différentes). Dans un tel cas, il convient de réaliser une ébauche 1 d'épaisseur approchante de l'épaisseur finale, en léger excès, à un nombre entier près de pli 2. Ensuite, une opération de mise d'épaisseur devra être réalisée pour garantir la tolérance d'épaisseur et de planéité. Cette opération pourra être réalisée sur machine à plateau (simple face ou double face), par exemple par rectification ou par fraisage. Depending on the desired thickness of the final thickness, it is possible that the pitch of the folds 2 does not allow exact compliance with this thickness (the final thickness corresponds to a whole number of folds that can, for their part, be of different thicknesses ). In such a case, it is advisable to produce a blank 1 of approximate thickness of the final thickness, in slight excess, to an integer close to fold 2. Then, a thickness setting operation must be performed to guarantee the tolerance of thickness and flatness. This operation can be carried out on a platen machine (single-sided or double-sided), for example by grinding or milling.
La première étape dans l'élaboration de la présente invention consiste à définir sa constitution, en termes de choix de la nature, du type, du nombre et de l'orientation de chaque pli 2 de pré-imprégné. Ce choix sera différent selon la finalité du composant 4B, 4E, 4A qui sera usiné dans la présente invention, que la finalité soit mécanique, esthétique ou autre. The first step in the development of the present invention is to define its constitution, in terms of choice of the nature, type, number and orientation of each ply 2 of prepreg. This choice will be different according to the purpose of the component 4B, 4E, 4A which will be machined in the present invention, whether the purpose is mechanical, aesthetic or otherwise.
De manière générale, un balancier à moment d'inertie variable comprend une pièce en forme de roue comprenant une serge, des éléments de liaison entre la serge et l'axe du balancier et un certain agencement de vis écrous ou masselottes fixées sur la serge du balancier qui permettent en ajustant leurs positions de modifier le balourd et le moment d'inertie du balancier. In general, a variable moment-inertia rocker comprises a wheel-shaped part comprising a serge, connecting elements between the serge and the axis of the balance and a certain arrangement of screws nuts or flyweights fixed on the serge of the pendulum that allow by adjusting their positions to change the unbalance and the moment of inertia of the pendulum.
La précision d'une montre équipée d'un balancier-spiral dépend essentiellement de la stabilité de fréquence de son balancier-spiral. Différents paramètres affectent la stabilité de fréquence d'un balancier-spiral dont les variations d'amplitude des oscillations du balancier. Ces variations d'amplitude sont notamment liées aux positions de la montre, à la perte du moment de force, aux frottements notamment avec les pivots de l'axe de balancier et du balourd de ce dernier. Ceci a pour effet d'engendrer un défaut d'isochronisme du balancier-spiral, ce défaut d'isochronisme ayant une répercussion sur la précision de la pièce d'horlogerie. Par ailleurs, parmi les autres critères importants pour un balancier nous pouvons citer notamment la masse, la résistance, le coefficient de frottement, le coefficient de dilatation thermique, l'amagnétisme, la dureté, ... Il est extrêmement rare et peu probable qu'un seul matériau puisse à lui seul satisfaire à toutes les caractéristiques attendues. La présente invention a pour objet de sélectionner et d'associer des matériaux différents répondant au mieux à chaque fonction du balancier. The accuracy of a watch equipped with a sprung balance depends essentially on the frequency stability of its sprung balance. Different parameters affect the frequency stability of a sprung balance whose amplitude variations of the pendulum oscillations. These amplitude variations are notably related to the positions of the watch, to the loss of the moment of force, to the friction, in particular with the pivots of the balance shaft and the unbalance of the latter. This has the effect of causing a lack of isochronism of the sprung balance, this isochronism defect having an impact on the precision of the timepiece. Moreover, among the other important criteria for a pendulum we can mention in particular the mass, the resistance, the coefficient of friction, the coefficient of thermal expansion, the amagnetism, the hardness, ... It is extremely rare and not very likely that only one material alone can satisfy all the expected characteristics. The present invention aims to select and combine different materials that best meet each function of the balance.
Dans un balancier d'horlogerie, l'axe de rotation doit présenter des caractéristiques précises visant à réduire les frottements, il sera généralement réalisé en laiton. Les masselottes doivent présenter une densité élevée, c'est-à-dire une masse concentrée pour un volume faible, plus précisément une surface extérieure minimisée afin de limiter les frottements de l'air auquel sera soumis le balancier lors des oscillations. Ces masses pourront être réalisées par exemple en platine. Ainsi, les caractéristiques de l'axe et des masselottes étant définies, on attend de la partie les reliant mécaniquement d'être le plus transparent en termes de masse, de déformation, d'allongement. L'emploi d'un matériau composite à base de fibres de carbone et résine epoxy présente ces avantages, avec un très haut ratio résistance / masse. In a watch clock, the axis of rotation must have specific features to reduce friction, it will usually be made of brass. The weights must have a high density, that is to say a concentrated mass for a small volume, more precisely a minimized outer surface to limit the friction of the air to which the pendulum will be subjected during oscillations. These masses can be made for example platinum. Thus, the characteristics of the axis and flyweights being defined, it is expected that the part mechanically connecting them to be the most transparent in terms of mass, deformation, elongation. The use of a composite material based on carbon fibers and epoxy resin has these advantages, with a very high strength / mass ratio.
Ce très haut ratio est rendu possible grâce aux caractéristiques intrinsèques du matériau composite, mais aussi à son utilisation non isotrope, c'est-à-dire avec une orientation des fibres dans une direction précise, en fonction des efforts exercés par les masselottes sur le moyeu, à savoir leur masse propre et l'effort centrifuge en mouvement. Cette détermination précise des efforts permet de choisir une fibre avec un module de Young élevé, compris entre 100 et 900GPa, une matrice liante permettant de faire transiter les efforts dans la fibre, et une orientation précise des fibres, ceci aboutissant à une jonction mécanique entre masselottes et moyeu pour une masse minimisée. Ce gain de masse permet, à inertie donnée, de réaliser un balancier complet de masse réduite, ou à masse égale, de pouvoir augmenter son inertie en allouant la masse gagnée aux masselottes. Cette orientation sera majoritairement radiale, ceci afin de limiter la flèche à l'arrêt due à la masse propre des masselottes et exerçant une flexion sur les bras, et de limiter l'allongement lors des oscillations, dû à l'effort centrifuge de traction exercé par les masselottes. Cette répartition radiale est rendu possible grâce à l'emploi de nappes unidirectionnelles ou de fils. This very high ratio is made possible thanks to the intrinsic characteristics of the composite material, but also to its non-isotropic use, that is to say with a fiber orientation in a precise direction, as a function of the forces exerted by the weights on the hub, namely their own mass and the centrifugal force in motion. This precise determination of the forces makes it possible to choose a fiber with a high Young's modulus, between 100 and 900GPa, a binding matrix making it possible to transit the forces in the fiber, and a precise orientation of the fibers, this resulting in a mechanical connection between weights and hub for a minimized mass. This mass gain makes it possible, with a given inertia, to produce a complete balance wheel of reduced mass, or of equal mass, to be able to increase its inertia by allocating the mass gained to the flyweights. This orientation will be predominantly radial, in order to limit the boom to stop due to the mass of the weights and bending the arms, and limit the elongation during oscillations, due to the centrifugal force of traction exerted by the weights. This radial distribution is made possible by the use of unidirectional sheets or son.
L'assemblage conventionnel de chassage permettant d'assembler des matériaux de nature différente sera rendue possible grâce à l'orientation locale des fibres particulière. En effet, on a vu que les considérations mécaniques conduisaient à une orientation des fibres privilégiée selon des axes radiaux. Ces orientations de fibres sur de si faibles épaisseurs n'autorisent pas le chassage, l'axe chassé exerçant une pression uniformément répartie dans toutes les directions du plan, ce qui conduit à un délaminage, une séparation des fibres. En disposant des fibres dans différentes directions dans la zone à proximité du chassage, on permettra aux fibres de contrer cette pression exercée par l'axe chassé. Ce mode d'assemblage peut être utilisé pour fixer les masselottes sur la partie de jonction en matériaux composites. The conventional assembly of hunting to assemble materials of different nature will be made possible by the local orientation of the particular fibers. Indeed, we have seen that the mechanical considerations led to a preferred fiber orientation along radial axes. These orientations of fibers on such small thicknesses do not allow the driving, the driven axis exerting a uniformly distributed pressure in all directions of the plane, which leads to delamination, separation of the fibers. By arranging fibers in different directions in the area near the hunting, the fibers will be allowed to counter this pressure exerted by the driven axis. This method of assembly can be used to fix the weights on the joining part made of composite materials.
Le ratio élevé de résistance / masse associé à une orientation judicieuse des fibres permet de limiter la masse globale du balancier. Ainsi, selon une autre approche, à inertie et masse de balancier définie avec un balancier « standard », il est possible de réaliser un balancier utilisant ces matériaux composites, à performances égales, mais avec une taille plus importante. Ainsi, si le volume disponible l'autorise, la présente invention permet de concevoir un balancier plus imposant visuellement et apporter une différenciation sensible. The high ratio of resistance / mass associated with a judicious orientation of the fibers makes it possible to limit the overall mass of the pendulum. Thus, according to another approach, inertia and balance mass defined with a "standard" balance, it is possible to achieve a balance using these composite materials, with equal performance, but with a larger size. Thus, if the available volume authorizes it, the present invention makes it possible to design a visually larger balance and to provide a sensible differentiation.
Dans le cas d'emploi d'un balancier, une caractéristique majeure est sa stabilité dimensionnelle dans le temps et en fonction des conditions extérieures, particulièrement l'impact de la température, afin d'assurer un isochronisme constant. La présente invention permet d'assurer une très grande stabilité dimensionnelle grâce à un coefficient de dilatation thermique plus faible que les matériaux conventionnellement utilisés. Pour cela, il conviendra de choisir une fibre de carbone particulière, présentant cette spécificité de dilatation thermique quasi nulle, tout en conservant ses caractéristiques mécaniques, spécifiquement en terme de module de Young, particulièrement important dans ce cas d'emploi. Par ailleurs, la disposition des fibres sera extrêmement importante pour le respect du critère d'élongation thermique. En effet, si la fibre judicieusement sélectionnée peut avoir un coefficient de dilatation thermique quasi nul, ce n'est pas le cas de la matrice liante, de la famille des polymères. Ainsi, le matériau composite consolidé aura une élongation quasi nulle dans le sens longitudinal des fibres, tandis qu'il sera non négligeable dans le sens transversal. Dès lors, l'orientation radiale privilégiée par les aspects mécaniques convient aussi pour les aspects thermiques. Une élongation radiale quasi nulle permet d'assurer une constance de l'inertie en fonction de la température. L'élongation, que l'on ne saura éviter, dans le sens transversal des fibres, n'aura pas d'impact sur l'inertie du balancier. In the case of using a balance, a major feature is its dimensional stability over time and depending on external conditions, particularly the impact of temperature, to ensure a constant isochronism. The present invention makes it possible to ensure a very high dimensional stability thanks to a lower coefficient of thermal expansion than the conventionally used materials. For this, it will be appropriate to choose a particular carbon fiber, having this specificity of thermal expansion almost zero, while retaining its mechanical characteristics, specifically in terms of Young's modulus, particularly important in this case of use. Moreover, the arrangement of the fibers will be extremely important for the respect of the criterion of thermal elongation. Indeed, if the appropriately selected fiber can have a coefficient of thermal expansion almost zero, this is not the case of the binder matrix, the family of polymers. Thus, the consolidated composite material will have an almost zero elongation in the longitudinal direction of the fibers, while it will be non-negligible in the transverse direction. Therefore, the radial orientation favored by the mechanical aspects is also suitable for thermal aspects. Virtually zero elongation ensures constant inertia as a function of temperature. Elongation, which we can not avoid, in the transverse direction of the fibers, will have no impact on the inertia of the balance.
La précision des calibres dépend de la qualité de leur organe réglant, et l'obtention de fréquences d'oscillation très élevées, par exemple de 10 Hz, à comparer aux fréquences usuelles de 2,5 à 4 Hz, ne peut être obtenue qu'avec la conception d'organes réglants adaptés, en particulier en ce qui concerne le balancier. The accuracy of the calibres depends on the quality of their regulating organ, and the obtaining of very high oscillation frequencies, for example of 10 Hz, to be compared to the usual frequencies of 2.5 to 4 Hz, can only be obtained with the design of suitable regulating members, particularly with regard to the pendulum.
Dans le cas d'emploi d'un balancier, soumis à des oscillations à hautes fréquence, par exemple 10Hz, les aspects aérodynamiques ont un impact significatif sur la performance, que l'on peut voir notamment à travers la valeur du facteur de qualité. Le paramètre fondamental qualifiant tout résonateur est son facteur de qualité Q. C'est un nombre sans dimension pouvant s'interpréter de deux manières différentes bien qu'étroitement liées. On peut tout d'abord considérer Q comme le rapport entre l'énergie interne W du résonateur et la dissipation d'énergie Δ\Λ/ due aux pertes Joule durant un cycle d'oscillation. Un résonateur à haut facteur de qualité nécessitera ainsi moins d'énergie pour son entretien qu'un résonateur identique mais à bas facteur de qualité. Une autre interprétation du facteur de qualité, un peu plus abstraite mais importante à bien saisir, dit que la stabilité d'un résonateur est proportionnelle à son facteur de qualité. La stabilité d'une base de temps est donc directement liée au facteur de qualité de son résonateur : plus il est élevé et plus le résonateur est insensible à son mécanisme d'entretien. Afin de maximiser ce dernier, il convient de réduire les frottements sur les parties mobiles. Une étude aérodynamique du balancier en mouvement montre qu'il faut limiter la surface mouillée et minimiser le coefficient de traînée. Une solution consiste à minimiser la surface frontale et à donner aux bras une forme présentant des bords d'attaque et de fuite avec un profil adapté. A l'échelle considérée, il n'est pas évident de réaliser de telles formes par les procédés conventionnels d'usinage. La présente invention propose d'utiliser avantageusement la capacité de moulage des fibres en réalisant ce profil dans un outillage moulant qui viendra à son tour déplacer les fibres lors de leur mise en œuvre et assurera le respect de ce profil aérodynamique, garant d'un meilleur rendement aérodynamique qu'une section rectangulaire. In the case of use of a balance, subject to high frequency oscillations, for example 10 Hz, the aerodynamic aspects have a significant impact on the performance, which can be seen in particular through the value of the quality factor. The fundamental parameter qualifying any resonator is its Q quality factor. It is a dimensionless number that can be interpreted in two different but closely related ways. We can first consider Q as the ratio between the internal energy W of the resonator and the energy dissipation Δ \ Λ / due to Joule losses during an oscillation cycle. A high quality factor resonator will thus require less energy for its maintenance than an identical resonator but with a low quality factor. Another interpretation of the quality factor, a little more abstract but important to understand, says that the stability of a resonator is proportional to its quality factor. The stability of a time base is therefore directly related to the quality factor of its resonator: the higher it is, the more the resonator is insensitive to its maintenance mechanism. In order to maximize the latter, it is necessary to reduce the friction on the moving parts. An aerodynamic study of the pendulum in motion shows that it is necessary to limit the wet surface and to minimize the coefficient of drag. One solution is to minimize the front surface and give the arms a shape with leading and trailing edges with a suitable profile. At the scale considered, it is not obvious to produce such shapes by conventional machining methods. The The present invention proposes to advantageously use the molding capacity of the fibers by producing this profile in a molding tool which will in turn move the fibers during their implementation and ensure compliance with this aerodynamic profile, guaranteeing a better performance. aerodynamic than a rectangular section.
Le matériau composite sélectionné pour la présente invention possède aussi des caractéristiques amagnétiques avantageuses dans le cas d'emploi d'un balancier, limitant ainsi son influence aux perturbations magnétiques extérieures et garantissant une constance de l'isochronisme. Le matériau composite sélectionné pour la présente invention possède aussi une haute résistance à la corrosion. The composite material selected for the present invention also has advantageous non-magnetic characteristics in the case of use of a balance, thus limiting its influence to external magnetic disturbances and ensuring a constancy of isochronism. The composite material selected for the present invention also has a high corrosion resistance.
Dans l'exemple illustré à la figure 5, un balancier 4B est réalisé à partir d'une ébauche 1 constituée d'un empilement de sept plis 2 de matériaux composites comportant des fibres selon quatre orientations. Les plis 2 sont compressés pour former une ébauche 1 d'où est extrait le balancier 4B après une opération d'usinage. Dans cet exemple, le balancier 4B prélevé comporte une serge 5, discontinue, dans laquelle quatre bras de liaison 6 espacés les uns des autres sont reliés à ladite serge 5 par une extrémité desdits bras 6. Les bras de liaison 6 sont reliés entre eux par leur autre extrémité par un élément annulaire 7 au centre de ladite serge 5. Les quatre bras de liaison 6 et la serge 5 sont réalisés à base d'une matière composite à base de fibres de carbone et résine epoxy présentant un très haut ratio résistance / masse. Les fibres sont orientées radialement par rapport à un axe de rotation autour de l'élément annulaire 7 et dont l'orientation des fibres dans l'élément annulaire est réalisée en disposant les fibres de renfort dans différentes directions. L'empilement de plis 2 est réalisé avec des fibres unidirectionnelles selon l'arrangement illustré comprenant quatre orientations différentes, une première orientation à 0°, une seconde orientation à 90°, une troisième et une quatrième orientation déterminées par la disposition des bras de liaison 6, la valeur 0° correspondant à des fibres orientées selon la bissectrice d'un angle entre deux bras 6 successifs reliés par une portion de serge 5. Dans cet exemple illustré l'angle β est la bissectrice de l'angle entre les deux bras 6 successifs. En d'autres termes, l'angle entre lesdits bras 6 successifs reliés par une portion de serge 5 vaut 2 β°. Dans cet exemple l'angle β peut prendre une valeur comprise entre 10° et 90° par exemple. Optionnellement, le balancier 4B peut comporter des éléments additionnels, par exemple des masselottes, qui sont directement intégrés lors de la phase de réalisation de l'ébauche 1. In the example illustrated in FIG. 5, a rocker 4B is made from a blank 1 consisting of a stack of seven plies 2 of composite materials comprising fibers in four orientations. The folds 2 are compressed to form a blank 1 from which the balance 4B is extracted after a machining operation. In this example, the balance 4B taken includes a serge 5, discontinuous, in which four connecting arms 6 spaced apart from each other are connected to said serge 5 by one end of said arms 6. The link arms 6 are interconnected by their other end by an annular element 7 in the center of said serge 5. The four connecting arms 6 and the serge 5 are made of a composite material based on carbon fibers and epoxy resin having a very high strength / strength ratio. mass. The fibers are oriented radially with respect to an axis of rotation around the annular element 7 and whose orientation of the fibers in the annular element is achieved by arranging the reinforcing fibers in different directions. The stack of folds 2 is made with unidirectional fibers according to the illustrated arrangement comprising four different orientations, a first orientation at 0 °, a second orientation at 90 °, a third and a fourth orientation determined by the arrangement of the connecting arms 6, the value 0 ° corresponding to fibers oriented along the bisector of an angle between two successive arms 6 connected by a serge portion 5. In this example, the angle β is the bisector of the angle between the two arms 6 successive. In other words, the angle between said successive arms 6 connected by a serge portion 5 is 2 β °. In this example the angle β can take a value between 10 ° and 90 ° for example. Optionally, the balance 4B may comprise additional elements, for example flyweights, which are directly integrated during the production phase of the blank 1.
Ainsi, dans le cas de la réalisation d'un balancier 4B, l'ébauche 1 est réalisée à base d'un matériau composite anisotropique composé de fibres de carbone et résine epoxy présentant un très haut ratio résistance / masse. Le procédé comporte une première opération qui consiste à empiler, dans un moule, des couches successives de fibres de carbone, imprégnées de résine epoxy, ci-après plis 2, chaque pli 2 étant constitué de nappe unidirectionnelle dans laquelle les fibres de carbone sont disposées parallèles les unes aux autres, chaque pli 2 ayant une épaisseur donnée allant de 0.010mm à 0.6mm, l'empilement des plis 2 formant une ébauche 1 , dont les dimensions externes sont jusqu'à 60mm de longueur et jusqu'à 60mm de largeur. Thus, in the case of the production of a balance 4B, the blank 1 is made of an anisotropic composite material composed of carbon fibers and epoxy resin having a very high strength / mass ratio. The method comprises a first operation consisting in stacking, in a mold, successive layers of carbon fibers, impregnated with epoxy resin, hereinafter plies 2, each ply 2 consisting of a unidirectional layer in which the carbon fibers are arranged. parallel to each other, each ply 2 having a given thickness ranging from 0.010mm to 0.6mm, the stack of plies 2 forming a blank 1, the external dimensions of which are up to 60mm in length and up to 60mm in width .
L'ébauche 1 comporte une zone dite finale 11 correspondant à la forme du balancier 4B et une zone dite sacrificielle 10 destinée à des opérations d'usinage. The blank 1 comprises a so-called final zone 11 corresponding to the shape of the balance 4B and a so-called sacrificial zone 10 intended for machining operations.
Ensuite, l'application d'une compression mécanique sur l'empilage de plis 2 formant l'ébauche 1 assure la compression des matériaux, ladite compression mécanique étant associée à un cycle de température. Then, the application of a mechanical compression on the stack of folds 2 forming the blank 1 ensures the compression of materials, said mechanical compression being associated with a temperature cycle.
Enfin, une opération d'usinage de la zone sacrificielle 10 de l'ébauche 1 permet d'extraire le balancier 4B. Finally, a machining operation of the sacrificial zone 10 of the blank 1 makes it possible to extract the balance 4B.
Le balancier 4B à moment d'inertie variable comporte une serge 5, discontinue, dans laquelle quatre bras de liaison 6 espacés sont reliés à ladite serge 6 par une extrémité desdits bras 6, lesdits bras de liaison 6 sont reliés par une de leur extrémité à un anneau central 7 et par leur autre extrémité, deux par deux, à une portion de serge 5. Les bras de liaison 6 et la serge 5 sont réalisés à base d'une matière composite utilisant une fibre de carbone, au module de Young élevé, compris entre 100 et 900GPa, dont les fibres sont orientées radialement par rapport à un axe de rotation autour de l'élément annulaire 7 et dont l'orientation des fibres dans l'élément annulaire 7 est réalisée en disposant les fibres de renfort dans différentes directions. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé est mis en œuvre pour fabriquer un autre composant horloger 4, tel qu'un élément supérieur ou inférieur de cage de tourbillon 4E pour mouvement d'horlogerie, illustré à la figure 6, réalisé en matériaux composites. Le tourbillon, s'il permet d'améliorer les performances d'un mouvement mécanique en termes d'isochronisme, a néanmoins un impact sur le fonctionnement dudit mouvement de par sa consommation énergétique, impact direct sur la réserve de marche et potentiellement sur l'isochronisme selon sa masse. The balance 4B with variable moment of inertia comprises a serge 5, discontinuous, in which four spaced apart connecting arms 6 are connected to said serge 6 by one end of said arms 6, said connecting arms 6 are connected by one of their end to a central ring 7 and at their other end, two by two, at a serge portion 5. The link arms 6 and the serge 5 are made of a composite material using a carbon fiber, with a high Young's modulus between 100 and 900GPa, whose fibers are oriented radially with respect to an axis of rotation around the annular element 7 and whose orientation of the fibers in the annular element 7 is made by arranging the reinforcing fibers in different directions. According to another aspect of the invention, the method is implemented to manufacture another watch component 4, such as an upper or lower element of tourbillon cage 4E for a watch movement, illustrated in FIG. composite materials. The tourbillon, while improving the performance of a mechanical movement in terms of isochronism, nevertheless has an impact on the operation of said movement by its energy consumption, a direct impact on the power reserve and potentially on the isochronism according to its mass.
Comme tout élément mobile d'un mouvement mécanique, la cage de tourbillon a tout intérêt à avoir une masse totale minimisée. L'emploi d'un matériau à faible densité est donc à privilégier. Néanmoins, de par leur forme géométrique, les cages supérieures et inférieures possèdent généralement des bras de forme élancée. Cet élancement, qui impose une section faible, nécessite donc une résistance élevée. C'est bien un matériau à haut ratio rigidité / masse qui conviendra. Un matériau composite au sens fibre de renfort telle qu'une fibre de carbone et matrice liante telle qu'une résine epoxy présente des caractéristiques mécaniques intrinsèques supérieures aux matériaux conventionnellement utilisés pour la réalisation de cages de tourbillon, particulièrement en terme de module de Young spécifique, c'est-à-dire le module ramené à la masse. Dans un matériau fibreux, non isotrope par nature, la valeur du module varie très sensiblement selon l'orientation des fibres. Il convient donc, pour garantir la rigidité souhaitée, d'orienter précisément les fibres dans certains endroits stratégiques de la cage de tourbillon. Like any moving element of a mechanical movement, the tourbillon cage has every interest in having a minimized total mass. The use of a low density material is therefore preferred. Nevertheless, because of their geometric shape, the upper and lower cages generally have slender arms. This slenderness, which imposes a weak section, therefore requires a high resistance. It is a material with a high ratio of rigidity / mass that will be suitable. A composite material in the reinforcing fiber sense, such as a carbon fiber and a binder matrix such as an epoxy resin, has intrinsic mechanical properties superior to the materials conventionally used for producing tourbillon cages, particularly in terms of specific Young's modulus. that is, the module brought back to the ground. In a fibrous material, which is not isotropic in nature, the value of the modulus varies considerably according to the orientation of the fibers. It is therefore necessary, to ensure the desired rigidity, to precisely orient the fibers in certain strategic places of the tourbillon cage.
Pour la réalisation des bras, une étude de résistance des matériaux non isotropes mettra en avant la nécessité de disposer un maximum de fibres dans le sens longitudinal des bras. For the realization of the arms, a study of resistance of nonisotropic materials will highlight the need to have a maximum of fibers in the longitudinal direction of the arms.
Dans le cas d'emploi d'une cage de tourbillon, une caractéristique majeure de ce dernier est sa stabilité dimensionnelle dans le temps et en fonction des conditions extérieures, particulièrement l'impact de la température, afin d'assurer un isochronisme constant. La présente invention permet d'assurer une très grande stabilité dimensionnelle grâce à un coefficient de dilatation thermique plus faible que les matériaux conventionnellement utilisés. Pour cela, il conviendra de choisir une fibre de carbone particulière, présentant une spécificité de dilatation thermique quasi nulle, tout en conservant ses caractéristiques mécaniques, spécifiquement en terme de module de Young, particulièrement important dans ce cas d'emploi. Par ailleurs, la disposition des fibres sera extrêmement importante pour le respect de ce critère d'élongation thermique. En effet, si la fibre judicieusement sélectionnée peut avoir un coefficient de dilatation thermique quasi nul, ce n'est pas le cas de la matrice liante, de la famille des polymères. Ainsi, le matériau composite consolidé aura une élongation quasi nulle dans le sens longitudinal des fibres, tandis qu'il sera non négligeable dans le sens transversal. Dès lors, l'orientation radiale privilégiée par les aspects mécaniques convient aussi pour les aspects thermiques. Une élongation radiale quasi nulle permet d'assurer une constance de l'inertie en fonction de la température. L'élongation, que l'on ne saura éviter, dans le sens transversal des fibres, n'aura pas d'impact sur l'inertie de la cage. Le matériau composite sélectionné pour la présente invention possède aussi des caractéristiques amagnétiques avantageuses dans le cas d'emploi d'une cage de tourbillon, limitant ainsi son influence aux perturbations magnétiques extérieures et garantissant une constance de l'isochronisme. In the case of use of a tourbillon cage, a major feature of the latter is its dimensional stability over time and depending on external conditions, particularly the impact of temperature, to ensure a constant isochronism. The present invention makes it possible to ensure a very great dimensional stability thanks to a coefficient of thermal expansion lower than conventionally used materials. For this, it will be necessary to choose a particular carbon fiber, having a thermal expansion specificity of almost zero, while retaining its mechanical characteristics, specifically in terms of Young's modulus, particularly important in this case of use. Moreover, the arrangement of the fibers will be extremely important for meeting this criterion of thermal elongation. Indeed, if the appropriately selected fiber can have a coefficient of thermal expansion almost zero, this is not the case of the binder matrix of the family of polymers. Thus, the consolidated composite material will have an almost zero elongation in the longitudinal direction of the fibers, while it will be non-negligible in the transverse direction. Therefore, the radial orientation favored by the mechanical aspects is also suitable for thermal aspects. Virtually zero elongation ensures constant inertia as a function of temperature. Elongation, which can not be avoided, in the transverse direction of the fibers, will have no impact on the inertia of the cage. The composite material selected for the present invention also has advantageous non-magnetic characteristics in the case of use of a vortex cage, thus limiting its influence to external magnetic disturbances and ensuring consistency of the isochronism.
Le matériau composite sélectionné pour la présente invention possède aussi une haute résistance à la corrosion. The composite material selected for the present invention also has a high corrosion resistance.
La réalisation d'un tel composant sera rendue possible grâce à l'élaboration préalable d'une ébauche 1 , dont les plis constitutifs seront en préimprégné carbone epoxy, et dont les grammages et orientations dépendront de la géométrie des ponts de cage. Dans le cas répandu d'un élément de cage de tourbillon 4E à trois bras 8, il conviendra de disposer des fibres dans chacune des directions des bras 8, afin que l'élément de la cage 4E ait un comportement mécanique homogène. The realization of such a component will be made possible by the preliminary development of a blank 1, the constituent folds will be epoxy carbon prepreg, and whose grammages and orientations will depend on the geometry of the cage bridges. In the widespread case of a vortex cage element 4E with three arms 8, it will be necessary to arrange the fibers in each direction of the arms 8, so that the element of the cage 4E has a homogeneous mechanical behavior.
Comme illustré à la figure 6, l'élément supérieur et/ou inférieur d'une cage de tourbillon 4E pour pièce d'horlogerie est obtenu à partir d'une ébauche 1. L'élément 4E comporte trois bras 8 répartis autour d'une extrémité 9 par laquelle lesdits bras 8 sont reliés, les bras 8 étant réalisés à base d'une matière composite utilisant une fibre de renfort, dont les fibres sont orientées, de manière longitudinale, selon trois orientations. L'empilement de plis 2 est réalisé avec des fibres unidirectionnelles ayant une orientation de 60° l'une relative à l'autre. L'empilement de plis 2 est réalisé avec des fibres unidirectionnelles selon l'arrangement suivant : (0/60/- 60/0/60/-60/0/60/-60). En théorie, on devrait respecter une symétrie miroir dans l'empilement, mais dans le cas présent, on privilégie une répartition identique des orientations dans chaque bras 8 pour avoir un comportement mécanique homogène d'un bras 8 à l'autre. As illustrated in FIG. 6, the upper and / or lower element of a tourbillon cage 4E for a timepiece is obtained from a blank 1. The element 4E comprises three arms 8 distributed around a end 9 by which said arms 8 are connected, the arms 8 being made of a composite material using a reinforcing fiber, the fibers are oriented longitudinally in three orientations. The stack of folds 2 is made with unidirectional fibers having an orientation of 60 ° relative to each other. The stack of folds 2 is made with unidirectional fibers according to the following arrangement: (0/60 / -60 / 0/60 / -60 / 0/60 / -60). In theory, a mirror symmetry should be respected in the stack, but in the present case, an identical distribution of the orientations in each arm 8 is favored in order to have a homogeneous mechanical behavior from one arm 8 to the other.
Dans un autre exemple, illustré à la figure 7, des aiguilles 4A d'une montre sont réalisées à partir d'une ébauche 1 , constituée d'un empilage de plis 2 dont les fibres de renfort sont orientées, de manière longitudinale, selon au moins deux orientations. Dans cet exemple, il y a trois plis 2. In another example, illustrated in FIG. 7, needles 4A of a watch are made from a blank 1, consisting of a stack of folds 2 whose reinforcing fibers are oriented, longitudinally, according to FIG. least two orientations. In this example, there are three folds 2.
Comme illustré à la figure 9, la forme du moule dans lequel se fait l'empilement selon l'invention est adaptée étroitement à la forme de la pièce finie, de telle sorte que la zone sacrificielle ne constitue pas la majeure partie de l'ébauche. La nature de l'empilement et notamment les orientations des plis est déterminée par les aspects mécaniques. Ils différent d'une pièce à l'autre et ne sont donc pas forcément une variation de 45° tous les plis. Un élément très important concerne la symétrie des orientations dans l'empilement : des contraintes interlaminaires se créent entre les couches. Dès lors que deux couches au contact sont orientées dans des directions différentes, cette contrainte pourrait se traduire par un impact négatif sur la planéité et à moins de prendre des contre-mesures, la pièce va partir en « chips ». Une méthode pour surmonter cette problématique consiste à réaliser un empilement « miroir », c'est-à-dire un empilement symétrique par rapport à la fibre neutre : en général le milieu (dans l'épaisseur) de la pièce. Ainsi, si on dépose un pli à 0° en fond de moule pour des raisons mécaniques, puis un pli à 30° et un autre à - 30°, on devra terminer l'empilement pas un pli à -30°, le suivant à +30° et le dernier à 0°. Cette règle de base des stratifiés ne doit pas être mise à mal par les enlèvements de matière. Ainsi, on concentrera les zones sacrificielles dans les flancs (plan X Y) et le moins possible dans l'épaisseur en Z, qui viendrait rompre cette symétrie. L'utilisation d'un moule de compression fermé, garantissant une géométrie de l'ébauche sur toutes les surfaces, associé à la maîtrise d'un procédé de compression prenant en compte les paramètres de fluage de la résine lors de sa chauffe (diminution de sa viscosité) et de sa compression, permettent de garantir à l'ébauche une épaisseur précise. La zone finale est donc garantie en épaisseur. La zone sacrificielle est concentrée sur la périphérie, son enlèvement ne vient pas perturber la symétrie en Z du stratifié, et donc pas perturber la planéité de la pièce finie. As illustrated in FIG. 9, the shape of the mold in which the stack according to the invention is made is closely adapted to the shape of the finished part, so that the sacrificial zone does not constitute the major part of the blank . The nature of the stack and in particular the orientations of the folds is determined by the mechanical aspects. They differ from one room to another and are not necessarily a variation of 45 ° every fold. A very important element concerns the symmetry of orientations in the stack: interlaminar constraints are created between the layers. Since two contact layers are oriented in different directions, this constraint could result in a negative impact on the flatness and unless taking countermeasures, the piece will go into "chips". One method to overcome this problem is to make a stack "mirror", that is to say a stack symmetrical with respect to the neutral fiber: in general the medium (in the thickness) of the room. Thus, if a 0 ° fold is deposited at the bottom of the mold for mechanical reasons, then a fold at 30 ° and another at -30 °, it will be necessary to finish stacking a fold at -30 °, the following at + 30 ° and the last at 0 °. This basic rule of laminates should not be undermined by material removal. Thus, we will concentrate the sacrificial zones in the flanks (XY plane) and as little as possible in the Z-shaped thickness, which would break this symmetry. The use of a closed compression mold, guaranteeing a geometry of the blank on all the surfaces, associated with the control of a compression process taking into account the creep parameters of the resin during its heating (decrease of its viscosity) and its compression, make it possible to guarantee the roughing a precise thickness. The final area is therefore guaranteed in thickness. The area sacrificial is concentrated on the periphery, its removal does not disturb the Z symmetry of the laminate, and therefore not disturb the flatness of the finished part.
Dans le domaine de l'horlogerie, en tenant compte des contraintes mécaniques et/ou esthétiques, d'autres composants horlogers peuvent être fabriqués selon le procédé décrit, comme par exemple un timbre/marteau, un rouage, un tourbillon, un ressort/sautoir, un support de masse, une boite de montre sans la glace, une lunette de montre et bien d'autres composants In the field of watchmaking, taking into account the mechanical and / or aesthetic constraints, other watch components can be manufactured according to the method described, such as for example a stamp / hammer, a cog, a vortex, a spring / jumper , a mass support, a watch case without ice, a watch bezel and many other components
Par ailleurs, la coloration du matériau n'est pas décrite, mais elle est envisageable dans une étape additionnelle du procédé. La présente invention a pour objet de garantir, en chaque endroit d'un composant micromécanique réalisé, une disposition optimum des fibres constitutives, selon les considérations exigées par le besoin, qu'il soit mécanique ou esthétique par exemple. Moreover, the coloring of the material is not described, but it is possible in an additional step of the process. The present invention aims to ensure, in each place of a micromechanical component produced, an optimum arrangement of the constituent fibers, according to the considerations required by the need, whether mechanical or aesthetic, for example.
Les exemples précédemment décrits mettent en avant les avantages du procédé et de son application pour des composants horlogers. Toutefois, la présente invention permet également la fabrication d'un composant micromécanique pour d'autres domaines comme le médical, l'automobile, la téléphonie mobile, l'aviation, le domaine spatial, la robotique, la bijouterie ou la maroquinerie. The examples described above highlight the advantages of the method and its application for watch components. However, the present invention also allows the manufacture of a micromechanical component for other fields such as medical, automotive, mobile telephony, aviation, space, robotics, jewelery or leather goods.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication par moulage d'un composant micromécanique (4B, 4E, 4A) réalisée à base d'un matériau composite anisotropique composé d'au moins deux composants non miscibles, dont au moins une fibre de renfort et une matrice liante, la fibre de renfort étant noyée dans la matrice liante, le procédé comportant les opérations suivantes : 1. Method of manufacturing by molding a micromechanical component (4B, 4E, 4A) made based on an anisotropic composite material composed of at least two immiscible components, including at least one reinforcing fiber and a binder matrix, the reinforcing fiber being embedded in the binder matrix, the method comprising the following operations:
a) Empiler, dans un moule fermé adapté à la forme de la pièce finie, des couches successives de fibres de renfort, imprégnées de matrice, ci- après plis (2), chaque pli (2) étant constitué de nappe unidirectionnelle dans laquelle les fibres de renforts sont disposées parallèles les unes aux autres, ou de plis (2) tissés, dans laquelle les fibres de renforts sont tissés selon deux directions, ou de nappe multidirectionnelle, dans laquelle les fibres de renforts sont disposées sans orientation privilégiée, chaque pli (2) ayant une épaisseur donnée allant de 0.010mm à 0.6mm, l'empilement des plis (2) formant une ébauche (1), dont les dimensions externes sont jusqu'à 50 voire 60mm de longueur et jusqu'à 50 voire 60mm de largeur, ladite ébauche (1) comportant au moins une zone dite finale (11) correspondant à une partie du composant micromécanique (4B, 4E, 4A) et au moins une zone dite sacrificielle (10) destinée à des opérations d'usinage, b) Appliquer une compression mécanique sur l'empilage de plis (2) formant l'ébauche (1) pour assurer la compression des matériaux, ladite compression mécanique étant associée à un cycle de température, l'épaisseur de l'ébauche obtenue et compressée correspondant de préférence à l'épaisseur du composant micromécanique, c) Le cas échéant, appliquer un cycle de vide d'air dans le but d'extraire des gaz accumulés entre les fibres de renfort, et d) Usiner la ou les zones sacrificielles (10) de l'ébauche (1), de manière à aboutir au composant micromécanique (4B, 4E, 4A), caractérisé en ce que l'ébauche (1) formé dans l'étape a) présente un caractère anisotropique spécifique, selon les orientations des fibres et l'épaisseur de chaque pli (2), ce caractère anisotropique spécifique de l'ébauche (1) étant choisi en fonction des caractéristiques du composant micromécanique (4B, 4E, 4A) à réaliser, et la nature, la forme et l'aspect esthétique du composant micromécanique (4B, 4E, 4A) provient de la forme du moule, du type d'empilement et des opérations d'usinage tenant compte du caractère anisotropique spécifique de l'ébauche (1), lequel caractère anisotropique spécifique est repris dans le composant micromécanique (4B, 4E, 4A) réalisé. a) Stacking, in a closed mold adapted to the shape of the finished part, successive layers of reinforcing fibers, impregnated with matrix, hereinafter folds (2), each fold (2) consisting of a unidirectional layer in which the reinforcement fibers are arranged parallel to each other, or folds (2) woven, wherein the reinforcing fibers are woven in two directions, or multidirectional web, wherein the reinforcing fibers are arranged without preferred orientation, each fold (2) having a given thickness ranging from 0.010 mm to 0.6 mm, the stack of folds (2) forming a blank (1), the external dimensions of which are up to 50 or even 60 mm in length and up to 50 or even 60 mm width, said blank (1) comprising at least one so-called final zone (11) corresponding to a portion of the micromechanical component (4B, 4E, 4A) and at least one so-called sacrificial zone (10) intended for machining operations, b) Apply a compr mechanical pressure on the stack of folds (2) forming the blank (1) to ensure the compression of the materials, said mechanical compression being associated with a temperature cycle, the thickness of the blank obtained and compressed corresponding preferably to the thickness of the micromechanical component, c) Where appropriate, apply an air vacuum cycle for the purpose of extracting gases accumulated between the reinforcing fibers, and d) Machining the sacrificial zone or zones (10) of the blank (1), so as to lead to the micromechanical component (4B, 4E, 4A), characterized in that the blank (1) formed in step a) has a specific anisotropic character, according to the fiber orientations and the thickness of each fold (2), this specific anisotropic character of the blank (1) being chosen according to the characteristics of the micromechanical component (4B, 4E, 4A) to be produced, and the nature, shape and aesthetic appearance of the micromechanical component (4B, 4E, 4A) comes from the shape of the mold, the type of stacking and machining operations taking into account the specific anisotropic nature of the blank (1), which specific anisotropic character is taken up in the micromechanical component (4B, 4E, 4A) produced.
Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la fibre de renfort est une fibre sèche ou pré-imprégnée et la matrice liante est une matrice liquide ou semi- liquide. The method of claim 1, wherein the reinforcing fiber is a dry or preimpregnated fiber and the binder matrix is a liquid or semi-liquid matrix.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'opération d'usinage comporte un alésage, un découpage, un taraudage, un perçage, un fraisage, un filetage, un émerisage et/ou une rectification. A method as claimed in claim 1 or 2, wherein the machining operation includes reaming, cutting, tapping, drilling, milling, threading, grinding and / or grinding.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ébauche (1) est d'épaisseur proche de l'épaisseur finale souhaitée, légèrement supérieure ou à un nombre entier près de plis (2) et l'ébauche est mise à une épaisseur et une planéité voulues par une opération de rectification ou fraisage. Method according to one of the preceding claims, wherein the blank (1) is of thickness close to the desired final thickness, slightly greater or to a whole number near folds (2) and the blank is set to a thickness and flatness desired by a grinding or milling operation.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fibres sont disposées, dans une zone locale du composant micromécanique (4B, 4E, 4A), dans des directions différentes, de manière à créer localement un comportement quasi isotrope, pour la réalisation de taraudages ou une opération de chassage. Method according to one of the preceding claims, wherein the fibers are arranged, in a local area of the micromechanical component (4B, 4E, 4A), in different directions, so as to locally create a quasi-isotropic behavior, for the realization of tapping or a driving operation.
Procédé selon l'une des revendications précédentes de fabrication par moulage d'un balancier (4B) d'un mécanisme horloger à partir d'une ébauche (1), le balancier (4B) comportant une serge (5) dans laquelle au moins deux bras de liaison (6) espacés sont reliés à ladite serge (5) par une de leurs extrémités, lesdits bras de liaison (6) étant reliés entre eux par leur autre extrémité par un élément annulaire (7) au centre de ladite serge, l'ébauche (1) comportant au moins une fibre de renfort au module de Young élevé, compris entre 50 et 900GPa. Method according to one of the preceding claims for manufacturing by molding a pendulum (4B) of a watch mechanism from a blank (1), the balance (4B) comprising a serge (5) in which at least two connecting arms (6) spaced are connected to said serge (5) by one of their ends, said connecting arms (6) being interconnected by their other end by an annular element (7) in the center of said serge, l blank (1) comprising at least one reinforcing fiber with a high Young's modulus of between 50 and 900GPa.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'ébauche (1) comporte un empilement, dans un moule, de couches successives de fibres de renfort, planes ou quasi-planes, imprégnées de matrice, la ou lesdites zones dites finales (11) correspondant à une partie du balancier (4B), les bras de liaison (6) du balancier (4B) étant composés de fibres orientées radialement et la partie annulaire (7) centrale étant composée de fibres dont l'orientation est variée. 7. Method according to claim 6, wherein the blank (1) comprises a stack, in a mold, of successive layers of reinforcing fibers, planar or quasi-planar, impregnated with matrix, the said so-called final zones (11). ) corresponding to a portion of the beam (4B), the link arm (6) of the beam (4B) being composed of radially oriented fibers and the central annular portion (7) being composed of fibers whose orientation is varied.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'ébauche (1) est réalisée à base d'une fibre de carbone et d'une résine epoxy par noyage de la fibre de carbone dans la résine epoxy. 8. The method of claim 6 or 7, wherein the blank (1) is made of a carbon fiber and an epoxy resin by embedding the carbon fiber in the epoxy resin.
9. Procédé selon l'une des revendications 6, 7 ou 8, dans lequel des éléments additionnels sont intégrés dans l'ébauche (1) avant de subir la compression mécanique. 9. Method according to one of claims 6, 7 or 8, wherein additional elements are integrated in the blank (1) before undergoing mechanical compression.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 de fabrication par moulage d'un élément supérieur et/ou inférieur (4E) d'une cage de tourbillon réalisé à partir d'une ébauche (1), ledit élément supérieur et/ou inférieur (4E) d'une cage de tourbillon comportant au moins deux bras (8), chaque bras (8) comportant deux extrémités, lesdits bras (8) étant répartis autour d'une extrémité par laquelle lesdits bras (8) sont reliés, les fibres de renfort étant orientées, de manière longitudinale, selon un nombre d'orientations au moins égal au nombre de bras (8). 10. Method according to one of claims 1 to 5 of manufacturing by molding of an upper element and / or lower (4E) of a vortex cage made from a blank (1), said upper element and / or lower (4E) a vortex cage having at least two arms (8), each arm (8) having two ends, said arms (8) being distributed around an end by which said arms (8) are connected , the reinforcing fibers being oriented longitudinally in a number of orientations at least equal to the number of arms (8).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'ébauche (1) est réalisée à base d'une fibre de carbone et d'une résine epoxy par noyage de la fibre de carbone dans la résine epoxy. 11. The method of claim 10, wherein the blank (1) is made based on a carbon fiber and an epoxy resin by flooding the carbon fiber in the epoxy resin.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 de fabrication d'un composant horloger, médical, automobile, de téléphonie mobile, d'aviation, spatial, robotique, de bijouterie ou de maroquinerie. 12. Method according to one of claims 1 to 9 for manufacturing a watch component, medical, automotive, mobile telephony, aviation, space, robotics, jewelery or leather goods.
13. Balancier (4B) à moment d'inertie variable pour pièce d'horlogerie obtenable selon le procédé de l'une des revendications 1 à 9, comportant une serge (5) dans laquelle au moins deux bras de liaison (6) espacés sont reliés à ladite serge (5) par une extrémité desdits bras (6), lesdits bras de liaison (6) étant reliés entre eux par leur autre extrémité par un élément annulaire (7) au centre de ladite serge (5), caractérisé en ce que les bras de liaison (6) et la serge (5) sont réalisés à base d'une matière composite utilisant une fibre de renfort, au module de Young élevé, compris entre 50 et 900GPa, dont les fibres sont orientées radialement par rapport à un axe de rotation autour de l'élément annulaire (7) et dont l'orientation des fibres dans l'élément annulaire (7) est réalisé en disposant les fibres de renfort dans différentes directions. 13. Pendulum (4B) with a variable moment of inertia for a timepiece obtainable according to the method of one of claims 1 to 9, comprising a serge (5) in which at least two spaced connecting arms (6) are connected to said serge (5) by one end of said arms (6), said connecting arms (6) being interconnected by their other end by an annular element (7) in the center of said serge (5), characterized in that that the connecting arms (6) and the serge (5) are made from a composite material using a reinforcing fiber, with a high Young's modulus, of between 50 and 900GPa, the fibers of which are oriented radially with respect to an axis of rotation around the annular element (7) and whose orientation of the fibers in the annular element (7) is achieved by arranging the reinforcing fibers in different directions.
14. Balancier (4B) selon la revendication 13, dans lequel la serge (5) est discontinue. 14. Pendulum (4B) according to claim 13, wherein the serge (5) is discontinuous.
15. Balancier (4B) selon l'une des revendications 13 ou 14, comportant quatre bras de liaison (6), les bras de liaison (6) étant reliés par une de leur extrémité à un anneau central (7) et par leur autre extrémité, deux par deux, à une portion de serge (5). 15. Pendulum (4B) according to one of claims 13 or 14, comprising four connecting arms (6), the connecting arms (6) being connected by one end to a central ring (7) and their other end, two by two, to a portion of serge (5).
16. Balancier (4B) selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel un axe du balancier (4B) est chassé dans l'élément annulaire (7) au centre de ladite serge (5). 16. Pendulum (4B) according to one of claims 13 to 15, wherein an axis of the beam (4B) is driven into the annular element (7) in the center of said serge (5).
17. Balancier (4B) selon l'une des revendications 13 à 16, dans lequel des éléments additionnels, par exemple des masselottes, sont intégrés. 17. Pendulum (4B) according to one of claims 13 to 16, wherein additional elements, for example flyweights, are integrated.
18. Balancier (4B) selon l'une des revendications 13 à 17, dans lequel des masselottes sont disposées sur les bras de liaison (6) et/ou sur la serge (5). 9. Balancier(4B) selon l'une des revendications 13 à 18, dans lequel l'empilement de plis (2) est réalisé avec des fibres unidirectionnelles selon un arrangement comprenant quatre orientations différentes, une première orientation à 0°, une seconde orientation à 90°, une troisième et une quatrième orientation déterminées par la disposition des bras de liaison (6), la valeur 0° correspondant à des fibres orientées selon la bissectrice d'un angle entre deux bras (6) successifs reliés par une portion de serge (5). 18. Pendulum (4B) according to one of claims 13 to 17, wherein weights are arranged on the connecting arms (6) and / or on the serge (5). 9. Pendulum (4B) according to one of claims 13 to 18, wherein the stack of folds (2) is made with unidirectional fibers in an arrangement comprising four different orientations, a first orientation at 0 °, a second orientation at 90 °, a third and a fourth orientation determined by the arrangement of the connecting arms (6), the value 0 ° corresponding to fibers oriented along the bisector of an angle between two arms ( 6) connected by a serge portion (5).
20. Elément supérieur et/ou inférieur (4E) d'une cage de tourbillon pour pièce d'horlogerie obtenable selon le procédé de l'une des revendications 10 ou 11 , l'élément (4E) comportant au moins deux bras (8) répartis autour d'une extrémité par laquelle lesdits bras (8) sont reliés, les bras (8) étant réalisés à base d'une matière composite utilisant une fibre de renfort, dont les fibres sont orientées, de manière longitudinale, selon un nombre d'orientations au moins égal au nombre de bras (8). 20. Upper and / or lower element (4E) of a tourbillon cage for a timepiece obtainable according to the method of one of claims 10 or 11, the element (4E) comprising at least two arms (8). distributed around an end by which said arms (8) are connected, the arms (8) being made of a composite material using a reinforcing fiber, the fibers of which are oriented, longitudinally, according to a number of orientations at least equal to the number of arms (8).
21. Elément (4E) selon la revendication 20, ledit élément (4E) comportant trois bras (8) régulièrement répartis, l'empilement de plis (2) étant réalisé avec des fibres unidirectionnelles ayant une orientation de 60° l'une relative à l'autre. 21. Element (4E) according to claim 20, said element (4E) having three arms (8) evenly distributed, the stack of folds (2) being made with unidirectional fibers having an orientation of 60 ° relative to the other.
22. Elément (4E) selon la revendication 20 ou 21 , ledit élément (4E) comportant trois bras (8) régulièrement répartis, l'empilement de plis (2) étant réalisé avec des fibres unidirectionnelles selon l'arrangement suivant : (0/60/-60/0/60/- 60/0/60/-60). 22. Element (4E) according to claim 20 or 21, said element (4E) having three arms (8) regularly distributed, the stack of folds (2) being made with unidirectional fibers according to the following arrangement: (0 / 60 / -60 / 0/60 / - 60/0/60 / -60).
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