fast-news


Кремний: ворота в будущее механических часов?

ИННОВАЦИЯ

English Español Français
Январь 2022


Кремний: ворота в будущее механических часов?

Осенью 2022 года патент, защищающий промышленное производство кремниевых пружин баланса, станет общественным достоянием. По мнению многих игроков, практически вся часовая промышленность постепенно перейдет на эту технологию, повышая стандарты качества и одновременно обеспечивая экономические преимущества.

В

конце 20-го века ателье начали проявлять интерес к кремнию, металлоиду, в изобилии встречающемуся в земной коре, из которого он составляет 28 процентов. Известный с древности, но впервые выделенный только в 1823 году, он был превращен в монокристаллический кремний французским химиком Анри Сент-Клером Девилем в 1854 году. Став базовым материалом для производства транзисторов, печатных схем и микрочипов, он произвел революцию в компьютерной индустрии и дал название Кремниевой долине.

Пристальный интерес часовой промышленности к этому материалу объясняется его исключительными свойствами. Он упругий, но недеформирующийся, что означает, что при ударе он смещается и тут же возвращается к своей первоначальной форме. Он чрезвычайно твердый (1100 единиц по Виккерсу против 700 единиц по Виккерсу у стали), легкий (плотность 2,33 г/см3 против 8 г/см3 у стали), очень устойчив к коррозии и - что бесценно для часового дела - нечувствителен к магнетизму. Но у него есть и свои недостатки. Он такой же хрупкий, как и его кузен, стекло, и чувствителен к колебаниям температуры.

Но исследователи преодолели это двойное препятствие примерно в то же время, когда развивалась технология изготовления пластин - тонких кремниевых пластин, из которых можно вырезать крошечные высокоточные детали, необходимые в часовом деле.

“Совершенно новое измерение в производстве механических часов”

Первым применением кремния в часовом деле стала работа Людвига Оекслина для Ulysse Nardin с его революционным механизмом Freak, представленным в 2001 году, - первым механизмом, включающим кремниевые компоненты. Но это новаторское достижение, сделанное в качестве демонстрации, некоторое время оставалось исключением. Первый грандиозный шаг кремния в «традиционное» часовое производство состоялся благодаря Patek Philippe, который в 2005 году поразил мир мировой премьерой: спусковым колесом из монокристаллического кремния для швейцарского рычажного спуска.

Это заявление произвело фурор, а в триумфальном пресс-релизе того времени говорилось об «инновации, значение которой пока невозможно измерить, но которая открывает совершенно новое измерение в производстве механических часов».

Не требующий смазки, более совершенной формы и более точный, чем стальной спуск, этот силиконовый спуск послужил для оснащения специальной ограниченной серии из 100 экземпляров часов Annual Calendar Ref. 5250, первой серии от подразделения Patek Philippe Advanced Research. Она была официально предложена «ограниченному кругу коллекционеров и любителей часов, испытывающих страсть к технологическим эксклюзивам, чтобы они могли первыми воспользоваться инновацией, которая ознаменует поворотный момент в часовой индустрии».

В то время многие наблюдатели пожали плечами на это заявление. Однако последующие события показали, что Patek Philippe не преувеличивал и что кремнию суждено стать обычным явлением в часовом секторе.

Кремний: ворота в будущее механических часов?

Консорциум

Patek Philippe была не единственной часовой компанией, работавшей над кремнием и его потенциальным применением. Первоначально женевская компания сотрудничала с IMT, исследовательским центром микротехнологий при университете Neuchâtel. Но для более глубокого изучения часового потенциала материала в Швейцарском центре электроники и микротехнологий (CSEM) в Невшателе был создан консорциум в составе Patek Philippe, Rolex и Swatch Group.

В результате исследований, проведенных этим консорциумом, было налажено промышленное производство кремниевых пружин баланса. Стратегический шаг вперед.

Вначале были большие опасения, что, несмотря на все свои качества, кремний окажется слишком хрупким и чувствительным к перепадам температуры, чтобы использовать его для изготовления пружин баланса. Но решение, найденное благодаря совместным исследованиям, заключалось в окислении, которое создавало тонкий слой, похожий на «кору», делая его более жестким и защищая от перепадов температуры. В честь Шарля Эдуарда Гийома, лауреата Нобелевской премии 1920 года за изобретение знаменитого инвара, который позволил минимизировать влияние температуры на металлическую пружину баланса, эта технология была названа Silinvar®.

Сначала очень боялись, что, несмотря на все свои качества, кремний окажется слишком хрупким и чувствительным к перепадам температуры, чтобы использовать его для изготовления пружин баланса. Решением проблемы стало окисление.

Кремний: ворота в будущее механических часов?

Постепенное внедрение

Взяв за отправную точку этот крупный технологический прогресс, члены консорциума более или менее быстро развивали свои направления использования кремния. Используя этот импульс, компания Patek Philippe представила изохронную балансовую пружину Spiromax® в 2006 году, спуск Pulsomax® (спусковое колесо и рычаг) в 2008 году, дополненный балансом GyromaxSi® из золота и Silinvar® в 2011 году.

Вместе эти инновации, постепенно выпускаемые ограниченными сериями компанией Patek Philippe Advanced Research, образуют полноценный высокотехнологичный регулирующий орган Oscillomax®, который был представлен в том же году в сверхтонком калибре 240Q Si с автоматическим подзаводом (Q - Quantième Perpétuel, или вечный календарь; Si - Silinvar®).

Кремний: ворота в будущее механических часов?

Здесь кремний демонстрирует решающие преимущества своего легкого веса, необычной геометрии и превосходной аэродинамики, которые удваивают запас хода и позволяют достичь исключительной точности -3/+2 сек за 24 часа. Сегодня, десять лет спустя, кремний присутствует в 95 процентах часов Patek Philippe. Можно сказать, посвящение.

Модель Patek Philippe 5650G Advanced Research Aquanaut Travel Time White Gold, выпущенная ограниченной серией в 2016 году, сочетает в себе множество инноваций. В них используется высокотехнологичный кремниевый регулирующий орган, а также вторая инновация: механизм сброса, в котором обычные шарнирные соединения заменены «податливыми» или гибкими компонентами. Этот механизм, состоящий всего из 12 ажурных стальных деталей, оснащенных несколькими пружинами с чередующимися лезвиями (по сравнению с 37 деталями традиционного механизма), передает информацию от двух кнопок GMT к индикатору местного времени.
Модель Patek Philippe 5650G Advanced Research Aquanaut Travel Time White Gold, выпущенная ограниченной серией в 2016 году, сочетает в себе множество инноваций. В них используется высокотехнологичный кремниевый регулирующий орган, а также вторая инновация: механизм сброса, в котором обычные шарнирные соединения заменены «податливыми» или гибкими компонентами. Этот механизм, состоящий всего из 12 ажурных стальных деталей, оснащенных несколькими пружинами с чередующимися лезвиями (по сравнению с 37 деталями традиционного механизма), передает информацию от двух кнопок GMT к индикатору местного времени.

Rolex ждал до 2014 года, прежде чем представить свою балансовую пружину Syloxi в женском калибре 2236 для Oyster Perpetual Datejust Pearlmaster 34. Изготовленная из композита кремния и оксида кремния, она открыла запатентованную геометрию, которая оптимизировала ее изохронность. В конце концов, марка с логотипом в виде короны могла позволить себе подождать: что касается ключевой темы антимагнетизма, эта инновация имела свою параллель в парамагнитной балансовой пружине Parachrom Bleu, которую марка выпустила еще в 2000 году.

Что касается Swatch Group, она внедрила кремний в 2009 году, сначала в Breguet, затем в Omega, а затем постепенно распространила его использование почти на все свои бренды, включая Tissot - с его Tissot Powermatic 80 - Certina и Hamilton. Это промышленное развитие возглавили ETA и Nivarox - последняя, кстати, является компанией, которая поставляет подавляющему большинству швейцарских часовщиков традиционные пружины баланса. Благодаря своему промышленному влиянию Swatch Group успешно демократизирует кремний, совершая при этом большой скачок вперед.

Кремний: ворота в будущее механических часов?

Демократизация в прогрессе

Изначально кремниевые пружины баланса были уделом дорогих брендов, поскольку их производство было дорогостоящим: около 100 швейцарских франков за штуку. Более того, поскольку патент принадлежал членам консорциума, все они независимо друг от друга проводили дополнительные исследования производственных процессов, геометрии и различных видов обработки, оформляя патенты по ходу дела, чтобы иметь возможность использовать эту инновацию как можно большим количеством различных способов и на промышленном уровне. Все это привело к снижению цены кремниевой пружины баланса до 20 швейцарских франков.

Но первоначальный патент, касающийся окисления кремния, чтобы сделать его нечувствительным к колебаниям температуры, скоро станет общественным достоянием - в ноябре 2022 года для Европы и в 2023 году для Японии. Таким образом, кремниевая технология с ее доказанной надежностью будет доступна всем игрокам на часовой арене.

Первый патент, касающийся окисления кремния с целью сделать его нечувствительным к перепадам температуры, скоро станет общественным достоянием - в ноябре 2022 года для Европы и в 2023 году для Японии.

Чистая комната, где производятся кремниевые компоненты (фото Patek Philippe)
Чистая комната, где производятся кремниевые компоненты (фото Patek Philippe)

Sigatec, основной игрок

И одним из основных игроков в этой технологии, занимающим в настоящее время центральное место, является компания Sigatec. Эта дочерняя компания Mimotec (купленная группой Acrotec), основанная в 2006 году и в равных долях принадлежащая Mimotec и Ulysse Nardin, является передовым производителем кремниевых микромеханических компонентов. В настоящее время эта ультравысокотехнологичная компания, расположенная в кантоне Вале и располагающая дорогостоящими чистыми помещениями, насчитывает около сорока сотрудников и активно работает в часовой промышленности, а также в биомедицинском секторе, микрофлюидике и технологии разъемов, производя более миллиона деталей в год.

Для Марка-Андре Гласси, генерального директора компании с момента ее основания 15 лет назад, открытие патента в открытом доступе представляет собой важнейшую возможность для развития. «За 15 лет мы успели приобрести солидное, детальное ноу-хау, которое позволило нам действительно построить этот бизнес», - сказал Марк-Андре Гласси в интервью Europa Star.

«Открытие патента в общественное достояние, которое освободит рынок балансировочных пружин, безусловно, многообещающе. Более того, мы расширяем наши площади, покупая завод по соседству с Mimotec, где мы откроем новую чистую комнату, что означает очень значительные инвестиции. Но, как всегда, есть ранние пользователи и поздние последователи. В то время как некоторые бренды уже делают анонсы, другие занимают выжидательную позицию. Но все они придут, рано или поздно».

«Как всегда, есть ранние пользователи и поздние последователи. В то время как некоторые бренды уже делают анонсы, другие занимают выжидательную позицию. Но все они рано или поздно придут».

Кремний, преобразующий часовую промышленность

Марк-Андре Гласси также отмечает изменения в спросе, которые предвещают грядущие преобразования в швейцарской часовой промышленности. «Производителям все чаще требуются готовые узлы осцилляторов, что, учитывая требуемые объемы, заставляет нас автоматизировать сборку. Спрос явно движется в сторону готового, собранного продукта». С кремниевым осциллятором фактическая сборка механизма в целом значительно упрощается. Вместо десятков операций достаточно одной. Это изменение может изменить само часовое дело.

Демократизация кремния идет полным ходом. Другие патенты постепенно станут достоянием общественности: в 2023 году - патент на внешнюю кривую клеммы Patek Philippe и ее «боссы», которые уменьшают разницу в скорости, а в 2037 году - на внутреннюю кривую.

Означает ли это, что эта высокоэффективная технология станет повсеместной в швейцарском часовом производстве? Марк-Андре Гласси напоминает нам, что проблема номер один в послепродажном обслуживании связана с повреждениями от магнетизма. «Поэтому антимагнетизм является важной проблемой, что продемонстрировали Rolex, Tudor и Omega со своими инновациями. С этой точки зрения кремний - идеальный вариант. Но в будущем рынок будет разделен исключительно между кремниевыми пружинами баланса и пружинами баланса из немагнитного металла».

Бренды будут различаться по тому, что они выберут. Мы уже можем представить себе маркетинговую битву вокруг ключевой темы устойчивости к магнитным полям - как, например, совместное объявление Swatch Group и Audemars Piguet (в 2018 году) о «революционной пружине баланса», изготовленной из нового антимагнитного компенсирующего сплава NivachronTM.

Якоря на пластине
Якоря на пластине

Новые спусковые механизмы

Но кремний - это не только пружины баланса. Эта технология также открыла дверь для целого ряда новых подходов к регулированию часов и спусков.

Не останавливаясь подробно на всех этих инновациях, упомянем лишь инновационные спуски, ставшие возможными благодаря использованию кремния, такие как знаменитый Zenith Defy Lab, созданный Ги Семоном и его командой, регулятор Genequand, представленный мануфактурой Vaucher, в котором конструкции на основе подшипников изгиба сочетаются с кремниевой технологией, Constant Escapement от Girard-Perregaux, основанный на нестабильности смятого кремниевого лезвия, многочисленные исследования и разработки Ulysse Nardin, или, совсем недавно, монолитный кремниевый осциллятор от Frédérique Constant, работающий на частоте 40 Гц.

Может быть, эти конкретные применения потенциала кремния однажды вытеснят использование кремния в строгих концептуальных рамках традиционного рычажного механизма? Хотя Марк-Андре Гласси выражает «восхищение этими системами», в создании которых он активно участвует вместе с компанией Sigatec, он считает, что они останутся «специальными, нишевыми продуктами, которые не заменят традиционный высокотехнологичный спуск».

Кремний - это не только пружины баланса. Эта технология также открыла дверь для целого ряда новых подходов к регулированию часов и спусков.

Кремний: ворота в будущее механических часов?

“Поля возможностей открыты”

Да, но... инновации - это непрерывный процесс, и будь то кремний или другой материал, «поля возможностей открыты», - говорит Филипп Барат, возглавляющий отдел исследований и разработок в Patek Philippe (вертикальный, интегрированный отдел прикладных исследований, в котором работают 150 человек, 50 из которых занимаются только созданием прототипов).

«Наши исследования сосредоточены, в частности, на гибкости. Мы уже исследовали и изготовили металлические подшипники с изгибом. Сегодня многое становится возможным. Возьмем, к примеру, пружину, которая, как ни парадоксально, ослабевает при растяжении! Изучаются и другие материалы, например, фосфор, проводятся исследования по термической обработке, уровню упругости и так далее. Многое еще предстоит сделать в области механики, новых материалов, порошков, металлического стекла. Будущее за новыми, все более тонкими, все более эффективными материалами».

Кремний еще далеко не сказал своего последнего слова. Но теперь ему приходится конкурировать и с другими материалами, которые появляются или находятся в стадии разработки. Что касается спуска, то есть все шансы, что в ближайшем будущем кремниевые спусковые колеса станут правилом.

Чтобы выделиться, опираясь на веские научные, технические и экономические аргументы, бренды собираются сделать ставку на высокоэффективные альтернативы. После десятилетий абсолютного господства традиционного швейцарского рычажного спуска с металлической пружиной баланса, движемся ли мы к атомизации способов регулирования в механических часах? Только будущее покажет это.

«В механике еще многое предстоит сделать: новые материалы, порошки, металлическое стекло. Будущее за новыми, все более тонкими, все более эффективными материалами». Да, но... инновации - это непрерывный процесс, и будь то кремний или другой материал, «поля возможностей открыты», - говорит Филипп Барат, возглавляющий отдел исследований и разработок в Patek Philippe (вертикальный, интегрированный отдел прикладных исследований, в котором работают 150 человек, 50 из которых занимаются только созданием прототипов).

«Наши исследования сосредоточены, в частности, на гибкости. Мы уже исследовали и изготовили металлические подшипники с изгибом. Сегодня многое становится возможным. Возьмем, к примеру, пружину, которая, как ни парадоксально, ослабевает при растяжении! Изучаются и другие материалы, например, фосфор, проводятся исследования по термической обработке, уровню упругости и так далее. Многое еще предстоит сделать в области механики, новых материалов, порошков, металлического стекла. Будущее за новыми, все более тонкими, все более эффективными материалами».

Кремний еще далеко не сказал своего последнего слова. Но теперь ему приходится конкурировать и с другими материалами, которые появляются или находятся в стадии разработки. Что касается спуска, то есть все шансы, что в ближайшем будущем кремниевые спусковые колеса станут правилом.

Чтобы выделиться, опираясь на веские научные, технические и экономические аргументы, бренды собираются сделать ставку на высокоэффективные альтернативы. После десятилетий абсолютного господства традиционного швейцарского рычажного спуска с металлической пружиной баланса, движемся ли мы к атомизации способов регулирования в механических часах? Только будущее покажет это.

«В механике еще многое предстоит сделать: новые материалы, порошки, металлическое стекло. Будущее за новыми, все более тонкими, все более эффективными материалами».

Кремний: ворота в будущее механических часов?

HORAGE В СТАРТОВЫХ БЛОКАХ

Энди Фельсль, возглавляющий компанию Horage (маленькая команда, которая наносит большой удар, как утверждает бренд из Биля), уже сделал заявление: как только патент на производство кремниевых пружин баланса, нечувствительных к колебаниям температуры, станет достоянием общественности осенью 2022 года, компания Horage будет готова выпустить модель Supersede, оснащенную собственной кремниевой пружиной баланса.

Убежденный в том, что кремний - это «единственный путь» вперед, Энди Фельсль излагает свою дорожную карту. «Мы начали с того, что внимательно изучили все патенты, все варианты. Постепенно мы изучили и освоили технологию [примечание редактора: с помощью немецкого института Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.]. Но мы не могли ее использовать. Инновации были заблокированы в течение 20 лет. Как говорится, инновации низки, когда рынок высок. Но сегодня мы готовы. Цены упали, но они были искусственно завышены».

Запатентованный кремниевый регулятор от Horage будет установлен на механизм, разработанный и произведенный самой маркой. Для Энди Фельсла это является «огромным экономическим преимуществом».

«Кремний стоит дороже, - объясняет он, - но в конечном итоге вы получаете значительную экономию, потому что время настройки традиционной балансовой пружины длительное и дорогостоящее. И последующие испытания, например, COSC, тоже стоят дорого. Но чтобы дойти до этого этапа, нам пришлось освоить весь промышленный процесс, особенно сборку. Рабочий процесс был совершенно другим. Индустриализация была самой сложной частью, но теперь мы контролируем каждый этап». Цель компании Horage - предлагать высокопроизводительные продукты по доступным ценам. Кремний позволит нам достичь характеристик, к которым мы стремимся, по приемлемым ценам, в которые мы верим [примечание редактора: от 2 300 до 12 000 швейцарских франков]«.»Кремний обеспечивает лучшую хронометрию при производстве на промышленном уровне«, - добавляет он.»Именно в этом будущее швейцарского часового дела - в производстве высокопроизводительных часов. Потому что его объемы не будут расти. Они выровняются на уровне шести миллионов механических часов в год. Но сам продукт будет совершенствоваться все больше и больше. Что сделает его еще более привлекательным. Мы пережили кварцевый кризис. Кремний - наш союзник на следующем этапе приключения«.»Кремний дороже, но в конечном итоге вы получаете значительную экономию, потому что время настройки традиционной пружины баланса длительное и дорогостоящее. И последующие тесты, например, COSC, тоже стоят дорого".

Подписка на рассылку