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Silicio: ¿la puerta de entrada al futúro de los relojes mecánicos?

INNOVACIÓN

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diciembre 2021


Silicio: ¿la puerta de entrada al futúro de los relojes mecánicos?

En Otoño de 2022, la patente que protege la producción industrial de muelles de volant de silicio pasará a ser de dominio público. En opinión de muchos jugadores, prácticamente toda la industria de la relojería mecánica se convertirá gradualmente a esta tecnología, elevando el estándar de rendimiento y ofreciendo al mismo tiempo ventajas económicas.

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os relojeros empezaron a interesarse por el silicio, un metaloide que se encuentra en abundancia en la corteza terrestre, de la que constituye el 28%, a finales del siglo XX. Conocido desde la antigüedad pero aislado por primera vez sólo en 1823, fue transformado en silicio monocristalino por el químico Francés Henri Sainte-Claire Deville en 1854. Material base para la fabricación de transistores, circuitos impresos y microchips, revolucionó la industria informática y dio su nombre al Silicon Valley.

El gran interés de la industria relojera por este material se explica por sus excepcionales propiedades. Es elástico pero no deformable, lo que significa que al recibir un choque se mueve y vuelve inmediatamente a su forma inicial. Es extremadamente duro (1.100 Vickers en comparación con 700 Vickers para el acero), ligero (con una densidad de 2,33 g/cm3 en comparación con los 8 g/cm3 del acero), altamente resistente a la corrosión y, algo inapreciable en la relojería, insensible al magnetismo. Pero también tiene sus defectos. Es tan frágil como su primo, el vidrio, y sensible a las variaciones de temperatura.

Pero la investigación superó esa doble desventaja casi al mismo tiempo que se desarrollaba la tecnología de obleas, las obleas son finas astillas de silicio de las que se pueden cortar las diminutas piezas de alta precisión necesarias en la relojería.

“Una dimensión completamente nueva en la relojería mecánica”

El primer uso del silicio en la relojería fue obra de Ludwig Oechslin para Ulysse Nardin con su revolucionario Freak, presentado en 2001, el primer movimiento en incluir componentes de silicio. Pero este logro pionero, hecho como una demostración, fue una excepción durante algún tiempo. La primera gran entrada del silicio en la relojería “tradicional” se produjo gracias a Patek Philippe, que arrasó en el mundo en 2005 con un estreno mundial: una rueda de escape en silicio monocristalino para un escape de palanca Suizo.

El anuncio causó sensación y el comunicado de prensa redactado triunfalmente en la época describe “una innovación cuya importancia aún no se puede medir, pero que abre una dimensión completamente nueva en la relojería mecánica”.

Sin necesidad de lubricación, con una forma más perfecta y más precisa que una rueda de escape de acero, esta rueda de escape de silicio sirvió para equipar una serie especial limitada de 100 piezas del Calendario Anual Ref. 5250, la primera serie de la unidad de investigación avanzada de Patek Philippe. Se ofreció oficialmente a “un círculo limitado de coleccionistas y amantes de los relojes apasionados por las exclusividades tecnológicas para que puedan ser los primeros en aprovechar una innovación que marcará un punto de inflexión en la industria relojera”.

En ese momento, muchos observadores se encogieron de hombros ante el anuncio. Pero lo que siguió mostró que Patek Philippe no exageraba y que el silicio estaba destinado a convertirse en algo de rigor en el sector de la relojería.

El consorcio

Patek Philippe no fue la única entidad relojera que trabajó en el silicio y sus posibles usos. Inicialmente, la empresa con sede en Ginebra había colaborado con el IMT, un centro de investigación en microtecnología de la Universidad de Neuchâtel, en su trabajo de investigación. Pero para explorar más profundamente el potencial relojero del material, se creó un consorcio formado por Patek Philippe, Rolex y el Swatch Group en el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) en Neuchâtel.

La investigación realizada por este consorcio dio como resultado la producción industrial de muelles de volante de silicio. Un paso estratégico hacia adelante.

El gran temor al principio fue que, a pesar de todas sus cualidades, el silicio resultaría demasiado frágil y demasiado sensible a las variaciones de temperatura para ser utilizado como muelles de volante. Pero la solución ideada gracias a su investigación conjunta fue la oxidación, que creaba una fina capa parecida a una “corteza” que la hacía más rígida y la protegía de las variaciones de temperatura. Como homenaje a Charles Edouard Guillaume, ganador del Premio Nobel en 1920 por su invención del famoso Invar, que permitió minimizar los efectos de la temperatura en un muelle de volante metálico, esta tecnología recibió el nombre de Silinvar®.

El gran temor al principio fue que, a pesar de todas sus cualidades, el silicio resultaría demasiado frágil y demasiado sensible a las variaciones de temperatura para ser utilizado como resortes de equilibrio. La solución fue oxidación.

Introducción gradual

Con este importante avance tecnológico como punto de partida, los miembros del consorcio desarrollaron sus usos del silicio más o menos rápidamente. Aprovechando su impulso, Patek Philippe presentó su muelle de volante isócrono Spiromax® en 2006, su escape Pulsomax® (rueda y palanca de escape) en 2008, complementado con el volante GyromaxSi® en oro y Silinvar® en 2011.

Juntas, estas innovaciones, lanzadas gradualmente en ediciones limitadas por Patek Philippe Advanced Research, forman un órgano regulador completo y de alta tecnología llamado Oscillomax®, que se inauguró el mismo año en el calibre 240Q Si extrafino de cuerda automática (Q de Quantième Perpétuel o Perpetual Calendar; Si por el Silinvar®).

Silicio: ¿la puerta de entrada al futúro de los relojes mecánicos?

Aquí, el silicio demuestra las ventajas decisivas de su peso ligero, geometría inusual y excelente aerodinámica, que duplican la reserva de marcha y permiten el grado excepcional de precisión de -3/+2 seg por 24h. Hoy, diez años después, el silicio está presente en el 95 por ciento de los relojes Patek Philippe. Consagración, se podría decir.

El Patek Philippe 5650G Advanced Research Aquanaut Travel Time White Gold, producido en una serie limitada en 2016, combina múltiples innovaciones. Cuenta con un órgano regulador de silicio de alta tecnología junto con una segunda innovación: un mecanismo de reinicio en el que las articulaciones pivotantes habituales se reemplazan por componentes «compatibles» o flexibles. Este mecanismo, que consta de solo 12 piezas de acero calado, con varios resortes con hojas intercaladas (en comparación con los 37 componentes de un mecanismo tradicional), transmite información de los dos pulsadores GMT a la visualización de la hora local.
El Patek Philippe 5650G Advanced Research Aquanaut Travel Time White Gold, producido en una serie limitada en 2016, combina múltiples innovaciones. Cuenta con un órgano regulador de silicio de alta tecnología junto con una segunda innovación: un mecanismo de reinicio en el que las articulaciones pivotantes habituales se reemplazan por componentes «compatibles» o flexibles. Este mecanismo, que consta de solo 12 piezas de acero calado, con varios resortes con hojas intercaladas (en comparación con los 37 componentes de un mecanismo tradicional), transmite información de los dos pulsadores GMT a la visualización de la hora local.

Rolex esperó hasta 2014 antes de presentar su muelle de volante, el Syloxi, en el calibre 2236 de mujer para el Oyster Perpetual Datejust Pearlmaster 34. Fabricado en un compuesto de silicio y óxido de silicio, inauguró una geometría patentada que optimizó su isocronismo. Después de todo, la marca con el logotipo de la corona podía permitirse esperar: en lo que respecta al tema clave del antimagnetismo, esta innovación tuvo su paralelo en el muelle de volante paramagnético Parachrom Bleu que la marca había lanzado en 2000.

En cuanto al Swatch Group, pasó a introducir el silicio en 2009, primero en Breguet, luego en Omega, antes de extender gradualmente su uso a casi todas sus marcas, incluidas Tissot, con su Tissot Powermatic 80, Certina y Hamilton. Este desarrollo industrial estuvo encabezado por ETA y Nivarox, siendo esta última, dicho sea de paso, la empresa que suministra a la gran mayoría de los relojeros Suizos los tradicionales muelles de volante. El Swatch Group está democratizando con éxito el silicio gracias a su influencia industrial, al mismo tiempo que da un gran salto hacia adelante.

Democratización en curso

Inicialmente, los muelles de volante de silicio eran propiedad exclusiva de las marcas de alta gama porque su fabricación era costosa: alrededor de 100 francos Suizos la pieza. Además, dado que los miembros del consorcio eran propietarios de la patente, de forma independiente entre sí, todos realizaron investigaciones complementarias sobre procesos de fabricación, geometrías y diferentes tratamientos, presentando patentes a medida que avanzaban, para poder utilizar esta innovación de tantas formas diferentes como fuera posible y en a nivel industrial. Todo esto ha tenido el efecto de bajar el precio de un muelle de volante de silicio hoy a alrededor de 20 CHF.

Pero la patente inicial sobre la oxidación del silicio para hacerlo insensible a las variaciones de temperatura pronto entrará en el dominio público: en Noviembre de 2022 para Europa y en 2023 para Japón. La tecnología de silicio, con su probada fiabilidad, estará disponible para todos los jugadores en el escenario de la relojería.

La patente inicial sobre la oxidación del silicio para hacerlo insensible a las variaciones de temperatura pronto entrará en el dominio público: en Noviembre del 2022 para Europa y en 2023 para Japón.

Una sala limpia donde se producen componentes de silicio (foto Patek Philippe)
Una sala limpia donde se producen componentes de silicio (foto Patek Philippe)

Sigatec, un actor importante

Y un jugador importante en esta tecnología, que actualmente ocupa el centro del escenario, es Sigatec. Esta escisión de Mimotec (comprada por el Grupo Acrotec), fundada en 2006 y propiedad a partes iguales de Mimotec y Ulysse Nardin, es un fabricante pionero de componentes micromecánicos de silicio. Ahora, con una plantilla de unos cuarenta empleados, esta empresa de ultra-alta tecnología con sede en el cantón de Valais, con sus costosas salas blancas, está activa en la industria de la relojería, pero también en el sector biomédico, microfluídica y tecnología de conectores, produciendo más de un millón de piezas al año.

Para Marc-André Glassey, director ejecutivo desde el inicio de la empresa hace 15 años, la apertura de la patente al dominio público representa una oportunidad de desarrollo crucial. “En 15 años, hemos tenido tiempo de adquirir conocimientos sólidos y detallados que nos han permitido desarrollar realmente este negocio”, dijo Marc-André Glassey a Europa Star.

“La apertura de la patente al dominio público, que liberará el mercado de muelles de volante, es ciertamente prometedora. Además, estamos ampliando nuestras instalaciones comprando una fábrica al lado de Mimotec, donde abriremos una nueva sala limpia, lo que significa una inversión muy importante. Pero, como siempre, estarán los primeros usuarios y los últimos en adoptar. Si bien algunas marcas ya están haciendo anuncios, otras están adoptando una actitud de esperar y ver qué pasa. Pero todos vendrán, tarde o temprano.”

“Como siempre, habrá usuarios pioneros y usuarios tardíos. Si bien algunas marcas ya están haciendo anuncios, otras están adoptando una actitud de esperar y ver qué pasa. Pero todos vendrán, tarde o temprano”.

El silicio, transformando la industria relojera

Marc-André Glassey también señala desarrollos en la demanda que presagian transformaciones futuras en la industria relojera Suiza. “Los fabricantes quieren cada vez más subconjuntos de osciladores listos para usar, lo que, dados los volúmenes requeridos, nos obliga a automatizar el ensamblaje. La demanda se dirige claramente hacia un producto terminado y ensamblado”. Con el oscilador de silicio, el montaje real del movimiento en su conjunto es considerablemente más sencillo. En lugar de docenas de operaciones, con una sola operación es suficiente. Un cambio que podría transformar la propia relojería.

La democratización del silicio está en marcha. Otras patentes pasarán gradualmente al dominio público: en 2023 la de la curva terminal exterior de Patek Philippe y sus «jefes», que reducen las diferencias en la tasa, y luego en 2037 la de la curva interior.

¿Significa esto que esta tecnología ahora altamente eficaz se volverá omnipresente en la relojería mecánica Suiza? Marc-André Glassey nos recuerda que el problema número uno del servicio posventa está relacionado con los daños causados ​​por el magnetismo. “Así que el anti-magnetismo es un problema importante, como lo demostraron Rolex, Tudor y Omega con sus innovaciones. En ese sentido, el silicio es ideal. Pero en el futuro, el mercado se dividirá únicamente entre muelles de silicio y muelles de volante de metales no magnéticos."

Se diferenciarán las marcas por las que opten. Ya podemos imaginar una batalla de marketing sobre el tema clave de la resistencia a los campos magnéticos, como el anuncio conjunto del Swatch Group y Audemars Piguet (en 2018) sobre el “muelle de volante” tallado en una nueva aleación de compensación magnética llamada NivachronTM.

Anclas sobre oblea
Anclas sobre oblea

Nuevos escapes

Pero el silicio es mucho más que muelles de volante. Esta tecnología también ha abierto la puerta a toda una serie de nuevos enfoques para vigilar la regulación y los escapes.

Sin entrar en todas estas innovaciones en detalle, mencionemos los innovadores de escapes posibilitados por el uso de silicio, como el famoso Zenith Defy Lab ideado por Guy Sémon y sus equipos, el Genequand Regulator presentado por Vaucher Manufacture, que casa estructuras basadas sobre cojinetes de flexión con tecnología de silicio, el Constant Escapement de Girard-Perregaux, basado en la inestabilidad de una oblea de silicio pandeada, las numerosas exploraciones y diseños de Ulysse Nardin, o, incluso más recientemente, el oscilador de silicio monolítico de Frédérique Constant, batiendo a 40Hz.

¿Podrían estas aplicaciones específicas del potencial del silicio suplantar algún día el uso del silicio en el estricto marco conceptual del movimiento de palanca tradicional? Si bien Marc-André Glassey profesa “admiración por estos sistemas”, a lo que contribuye activamente con Sigatec, su opinión es que seguirán siendo “especialidades, productos de nicho que no van a reemplazar el escape tradicional de alta tecnología”.

Pero el silicio es más que resortes de equilibrio. Esta tecnología también ha abierto la puerta a toda una serie de nuevos enfoques para vigilar la regulación y los escapes.

Silicio: ¿la puerta de entrada al futúro de los relojes mecánicos?

“Los campos de posibilidad están abiertos”

Sí, pero... la innovación es un proceso continuo ya sea de silicio o de algún otro material, “los campos de posibilidad están abiertos”, dice Philip Barat, que dirige la I+D en Patek Philippe (un departamento de investigación aplicada vertical e integrado que emplea a 150 personas). 50 de ellas solos involucradas en la creación de prototipos).

“Nuestra investigación se centra en particular en la flexibilidad. Ya hemos explorado y fabricado cojinetes de flexión de metal. Muchas cosas se están volviendo posibles hoy. ¡Tomemos el ejemplo del resorte, que paradójicamente se debilita cuando se tensa! También se están explorando otros materiales, como el fósforo, se están investigando tratamientos térmicos, niveles de elasticidad, etc. Hay mucho por hacer en mecánica, nuevos materiales, polvos, vidrio metálico. El futuro está en materiales nuevos, cada vez más finos y más eficientes”.

El silicio aún no ha dicho su última palabra por mucho tiempo. Pero ahora también tiene que competir con otros materiales emergentes o en desarrollo. En cuanto al escape, existe la posibilidad de que las ruedas de escape de silicio se conviertan en la regla en un futuro próximo.

Para diferenciarse, y respaldadas por sólidos argumentos científicos, técnicos y económicos, las marcas van a invertir su dinero en alternativas de alto rendimiento. Después de décadas de supremacía absoluta del escape de palanca Suizo tradicional con muelle de volante metálico, ¿nos dirigimos hacia una atomización de los modos de regulación en los relojes mecánicos? Solo el futuro lo dirá.

“Hay mucho por hacer en mecánica, nuevos materiales, polvos, vidrio metálico. El futuro está en materiales nuevos, cada vez más finos y más eficientes”.


HORAGE EN LOS BLOQUES DE INICIO

Andi Felsl, que dirige Horage (un pequeño equipo que ofrece un gran impacto, como se diseña la marca con sede en Biel), ya ha hecho el anuncio: tan pronto como la patente para producir muelles de volante de silicio insensibles a las fluctuaciones de temperatura entre al dominio público en Otoño del 2022, Horage estará lista para lanzar el modelo Supersede equipado con su propio muelle de volante de silicio.

Convencido de que el silicio es “el único camino” a seguir, Andi Felsl establece su hoja de ruta. “Empezamos analizando de cerca todas las patentes, todas las opciones. Poco a poco, aprendimos y dominamos la tecnología [nota del editor: con la ayuda del instituto Alemán Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.]. Pero no pudimos usarlo. La innovación estuvo bloqueada durante 20 años. La innovación es baja cuando el mercado está alto, como dice el refrán. Pero hoy estamos listos. Los precios se han hundido, pero estaban artificialmente altos.”

El regulador de silicio patentado por Horage se montará en un movimiento desarrollado y producido por la propia marca. Para Andi Felsl, eso representa “una gran ventaja económica.”

“El silicio es más caro”, explica, “pero, en última instancia, se obtienen grandes ahorros porque los tiempos de ajuste de un muelle de volante tradicional son largos y costosos. Y las pruebas subsiguientes, como el COSC, por ejemplo, también son caras. Pero para llegar a esa etapa, tuvimos que aprender a dominar todo el proceso industrial, especialmente el montaje. El flujo de trabajo fue completamente diferente. La industrialización fue la parte más difícil, pero ahora controlamos cada etapa. El objetivo de Horage es ofrecer productos de alto rendimiento a precios asequibles. Silicon nos permitirá alcanzar el rendimiento que buscamos a precios aceptables en los que creemos [nota del editor: entre 2.300 CHF y 12.000 CHF] ”.

“El silicio proporciona una mejor cronometría cuando se produce a nivel industrial”, agrega. “Ahí es donde reside el futuro de la relojería Suiza, en la relojería de alto rendimiento. Porque sus volúmenes no van a aumentar. Van a aplanarse en seis millones de relojes mecánicos al año. Pero el producto en sí va a mejorar cada vez más. Lo que lo hará aún más atractivo. Sobrevivimos a la crisis del cuarzo. Silicon es nuestro aliado en la siguiente etapa de la aventura”.

“El silicio es más caro, pero al final se obtienen grandes ahorros porque los tiempos de ajuste de un resorte de equilibrio tradicional son largos y costosos. Y las pruebas subsiguientes, como el COSC, por ejemplo, también son caras ".