Силиконовата революция в часовниковите механизми

Силиконът е относително нов материал, който навлиза в часовникарството през последните няколко години и продължава да доказва потенциала си. Материалът е доста обещаващ заради специфичните си качества, гладката повърност и липсата на необходимост от смазване. Той носи потенциал не само по отношение на формите, които могат да бъдат направени от него, а и при използването му за създаването на нови видове изпускателни системи (анкър и анкърно колело) на часовниците. За първи път е в центъра на вниманието през 2005 г. Поводът за това е създаденото от Patek Philippe монокристално силиконово анкърно колело, разработено в партньорство с различни изследователски центрове. Този изключително здрав (1100 Vickers срещу 700 Vickers за стомана), устойчив на корозия, антимагнитен, лек и с ниска плътност материал първоначално е избран заради ниското триене (съпротивление), тъй като една от основните цели при механичните часовници е да бъде премахната необходимостта от смазване. Поради физическите си свойства и гладка повърхност силиконът не се нуждае от лубрикация. Това е особено важно за една от най-чувствителните части от механизма - анкър и анкърно колело.
Освен това важно предимство, специфичните техники, прилагани при правенето на компоненти от силикон (подобни на процесите, използвани във фотолитографията) също позволяват на часовникаря дълбоко да преосмисли формите на тези части. През 2006 г. Patek Philippe представя второто си нововъведение - спирала на баланса Spiromax, направена от Silinvar - патентован материал, получен чрез окисляване във вакуумна среда, следствие на което става молекулярно изменение на повърхността на силиконовите компоненти. Това го прави устойчив на температурни промени. Идеално концентричната му същност (симетрично разтягане и свиване на спиралата спрямо центъра и) е възможна благодарение на дъговата извивка накрая, която не позволява превъртане заради забележимо по-дебелата част на външния край на спиралата. Тази нова геометрия включва интегрирана ос на баланса и т. нар. Питон, посредством който спиралът е закачен за моста на баланса и дава още едно предимство: перфектни изохронни вибрации, които не се влияят от температурните вариации, наличието на магнитни полета, гравитацията и ориентацията на движение. Неговата обща дебелина е три пъти по-ниска от баланс на стандартната спирала на Breguet с надспирална чупка, като това улеснява конструирането на ултратънки механизми. Patek Philippe представя и друга своя иновация, базирана на силиконови компоненти - окачването Pulsomax. Принципът и на действие е сходен с този на традиционната анкърна изпускателна система, само че целта е да се подобри ефективността и чрез оптимизиране на предназначението и, като се използва специфична геометрия. Създаден с помощта на DRIE офорт процес, новият анкър вече не се нуждае от рубинени палети. Те са част от самия анкър, чиято геометрия е преработена (вече всяко колелче има своя собствена различна форма). Този анкър функционира заедно с новото анкърно колело Silinvar, което също е проектирано отново и има 16 вместо традиционните 20 зъбчета. Според часовникарите на Patek Philippe резултатът е, че новият анкър предава повече мощност на баланса и така се постига оптимален изохронизъм. Ефективността е повишена с 30 %, което значи, че часовник с енергиен резерв от 48 часа вече може да работи 62 часа. Останалите предимства включват усъвършенстване на техническите характеристики и издръжливостта на механизма, както и елиминирането на необходимостта от смазване с течение на времето. Patek Philippe не е единствената марка, работила в областта на силикона. Ulysse Nardin е истинският пионер, който още през 2000 г. пуска първия модел на Dual Direct Escapement, направен изцяло от силикон. Две години по-късно те конструират първата спирала на баланса и анкърна изпускателна система от изкуствен диамант, създадени чрез технологичния процес на селективното йоно ецване. В този случай обаче ецване не е извършено върху монокристална силиконова пластина, а върху поликристална диамантена пластина. Ulysse Nardin прави тези нововъведения за първи път през 2005 г. в продукт, лансиран като Freak 28.200 V/H Diamond Hard, и снабден с изпускателна система с две анкърни колела (Dual Ulysse Escapement), направена от диамант. Новата Freak система е разработена от Лудвиг Йохслин. След 10-годишни изследвания за първи път продуктът е представен през 2001 г. на изложението в Базел. Както обяснява Йохслин, Freak Escapement представлява едночасов карусел (въртележка) механизъм, при който цялата машина изпълнява ролята на стрелки и по този начин описва пълен кръг на циферблата за един час. Конструкцията е епициклична с изключение на барабана, който заема цялата задна част на часовника и осигурява енергиен резерв за 8 дни. Навиването се осъществява чрез безел в задната част на часовника, а времето се настройва, като се използва безел в предната му част. Целта била да се направи изпускателна система, която да е по-опростена и издръжлива от швейцарската традиционна анкърна. Успехът е налице благодарение на двете напълно симетрични колелца, които осигуряват същите импулси към миниатюрната централна част. От теоретична гледна точка движението им е много по-просто в сравнение със сложните ъгли на анкърната изпускателна система, а структурата и благонадеждността им са също така улеснени. Триенето е малко и няма нужда от лубрикация. От компанията обясняват, че използваните материали на силиконова основа са с цел да се направи тази изпускателна система поради нуждата от здрави и твърди материали, които да намалят енерцията. Впоследствие след множество проучвания и разработки, Ulysse Nardin представя още по-оригинална концепция - Innovision. Часовникът включва 10 нововъведения и почти всяко от тях е базирано на силиконовите технологии. Колкото и да струва широката употреба на силикона, със сигурност той е съществен фактор за изпускателната система Freak главно поради намаляването на енерцията и елиминиране на необходимостта от смазване. То коренно се различава от това на Patek Philippe, чиито изследвания са концентрирани предимно върху швейцарската анкърна изпускателна система. Теоретично Freak механизмът би могло да бъде направен и от традиционни материали, макар че резултатът ще е незадоволителен. Най-съвременният модел на силиконовите технологии е изпускателната система Constant Escapement, представена от Girard Perregaux на изложението в Женева. Без характерните свойства на материала, особено неговата еластичност, тази нова изпускателна система нямаше да стане факт. Благодарение на нея силиконовите микроструктури остават гъвкави въпреки здравината им, а това позволило на часовникарите да преминат границите на механичното часовникарство - нещо, считано за невъзможно само до преди известно време.
Историята за раждането на идеята на тази изпускателна система е забавна и прилича на много други, довели до случайни открития. Един ден Никълъс Деон, ръководителят на отдела за научни изследвания и развития в Girard Perregaux, докато пътувал с влак, се заиграл с билетчето си - извивал го напред-назад между пръстите на ръката си, когато изведнъж му хрумнало, че е възможно да бъде направено окачване без спирална пружина, а вместо това с тънка перка, която може да преминава от едно изопнато състояние в друго също като билета, подгъван в една посока, а после в друга. Спомнете си за детството и за играчката, която подскача, като натиснете извитата метална лентичка. Както лентата, която променя положението си също като пружина и тласка изграчката напред. Единственият възможен материал, който можело да бъде използван за осъществяването на идеята на Деон, бил силикона. Всички от отделите по научни изследвания и разработка на Girard Perregaux и Sowind Group (към която брандът принадлежи) са мобилизирани за осъществяването на този проект. Лентата, или т. нар. пластинка, е по-тънка от човешки косъм. Тя е правоъгълна, с дебелина 20 микрометра, широка 1/10 от милиметъра, а дължината и е около 20 милиметра. Лентата е един от детайлите на елипсовиден елемент, състоящ се от три части, направен от монокристален силикон (при производството е използван DRIE процес), и го поддържа така, както и анкъра.

Именно този елемент служи за спирала на баланса. Тя функционира като микроакумулатор на енергия. Всеки път, когато осцилатора вибрира, тя събира и след това освобождава малки количества енергия - по-малко от 1 милиджаул. Тази енергия се съхранява в заместващата спиралата пластинка, която се деформира от стабилно в метастабилно състояние. По дефиниция това означава повече енергия, отколкото когато е в стабилно състояние. При преминаването от едното състояние в другото се освобождава енергия, която служи за поддържането на амплитудата на баланса в непроменливо състояние, докато свърши енергийният резерв. Тази константна енергия се предава на колелата от вилката анкър, която има две различни рамена. Едното носи осигурителния щифт, а другото държи два чифта рубинени щифтове, между които е ситуирана малката пружинираща пластинка. Импулсната вилка е направена от чист никел, като е използвана Liga технология. Двете колела са със 6 зъба и са изработени от силикон, за да се преодолее триенето, но биха могли на бъдат направени от никел или друг традиционен метал. Що се отнася до лоста за навиване, който зарежда перката с енергия, той също е направен от чист никел и след това е позлатен. Според проучванията, направени от Girard Perregaux, новият тип изпускателна система доставя импулси с постоянна енергия, като по този начин осигурява амплитуда и темпо въпреки видоизменената енергия, която получава. Да се върнем на примера с подскачащата играчка - независимо от това с каква сила натискаме върху металната и лентичка, играчката не променя амплитудата на своя скок, който зависи само от движението на лентата от една посока в друга. Тази устойчивост е подсилена още повече от факта, че подобно на традиционната швейцарска анкърна изпускателна система Constant Escapement осигурява два импулса на трептене. Основната цел на Girard Perregaux е постепенно да интегрира тази иновация в своите часовници, като по този начин предложи изключително хронометрично измерване на времето. Това отваря нови хоризонти и от естетическа гледна точка - не само за бъдещия дизайн на циферблата, който може да бъде напълно открит, за да покаже цялото окачване, а също така и от гледна точка на външния вид. Перфектно гладките повърхности, получени от силикона, са рядко постижение в традиционното часовникарство. В допълнение те предлагат необикновени иридесцентни цветове, преминаващи от тюркоазенозеленосиньо в тъмночервено в зависимост от ъгъла на гледане. Този ефект се дължи на окисния слой, който обвива силикона. Ясно е, че силиконът действително е пределът, до който е достигнало съвременното часовникарство.

Автор: Chasovnici-bg