ここで紹介するのは、まず指輪のワックス模型を3Dプリントし、その後に金属へ鋳造する方法です。造形された形状は製造途中の型であり、鋳造、修整、石留め、検査を経て、納品できるジュエリーになります。
指輪の部位に注目すると工程を理解しやすくなります。内周は着用サイズ、腕は全体の支持、石座と爪は宝石の固定、装飾面は意匠に関わります。CADからワックス、金属へと進むたびに、それぞれの検査内容が変わります。
1 リングサイズと指輪全体の構造を決める
モデリング前に、リングサイズの規格と測定方法を決めます。号数だけでは、規格の違いによって意味が変わることがあります。内径、内側の輪郭、幅、顧客が求めるサイズを対応づけて記録します。
中石のある指輪には、宝石の実寸と形状も必要です。同じ重量でも、下部の輪郭、ガードル、高さは異なる場合があります。実物と石留め方法に合わせて石座を判断し、石座の高さ、腕との接続、着用時の空間も検討します。
GIAのジュエリーCAD/CAM講座は、比例関係と製造上の制約を組み合わせて扱っています。指輪の設計では、正面の見栄えに加え、意匠を製造可能な接続と寸法に落とし込むことが必要です。
平滑な腕、模様のある腕、石を密に配置した腕では、確認箇所が異なります。モデルの検討時に、外観を保つ面、加工する部位、試作で確認する細部を明示します。
2 確認済みCADモデルを造形ジョブにする
CADの元ファイルは編集できる設計情報を保持し、出力した造形用ファイルは形状を伝えます。出力後に単位、全体寸法、曲面、細部を見直し、メッシュ変換で穴、爪、文字に目立つ変化がないか確認します。
製造用モデルには、寸法補正や加工代が含まれる場合があります。調整目的、数値の根拠、担当者を記録し、完成品の要求寸法と今回の製造寸法を分けます。設計側と造形側が記録なく調整すると、補正が重複するおそれがあります。
サイズ変更時に指輪全体を一律に拡大・縮小してはいけません。宝石の寸法は変わらないのに、石座や爪まで変わるためです。関係する形状を修正してから、石座との接続、装飾の間隔、局所的な断面を再確認します。
作業指示書に品番、サイズ、版、数量を残します。外観が似たサイズ違いは、目視だけに頼らず個別に識別します。ファイルを確認した後、造形方向、サポート、配置を準備します。
3 造形後のワックス模型を検査する
造形用ワックスとサポート用ワックスを使う方式では、前者が指輪の形状を作り、後者が必要な部分を一時的に支えます。造形直後は両者が一緒に残る場合があり、後処理で隠れていた面や隙間を検査できるようにします。
サポート除去は、装置と材料の手順に従います。細い爪、文字、薄い接続部は、取扱いや清掃で傷むことがあるため、適切な保持と検査方法を選びます。造形ジョブが終了しただけで、ロット全体を合格にしてはいけません。
輪の連続性、内側の変形、石座と爪の欠損、装飾のつながり、必要な開口部の清掃状態を確認します。重要寸法は合意した方法で測定し、測定力でワックスを変形させないようにします。
ワックス模型は形状観察や工程上の検査に使えますが、金属の指輪の着用強度を検証するものではありません。繰り返し試着する場合は、適切な試作材料と用途を別途検討します。
4 ワックスの形状を金属へ移す
一般的なジュエリーの埋没鋳造では、検査済みのワックス模型を湯道へ接続し、鋳造フラスコに入れて埋没材で囲みます。鋳型形成後にワックスを除去すると空洞が残り、そこへ溶融金属が入ります。
Ransom & Randolphのジュエリー鋳造工程では、ワックス模型、ツリー、埋没、脱ろう、金属鋳物の関係が説明されています。ここでは指輪の各段階の状態に着目しています。埋没材と工程条件は、合金と案件に合わせて鋳造担当者が決めます。
| 実物の状態 | 得られるもの | 確認すること |
|---|---|---|
| 指輪のワックス模型 | 鋳型を作るための正形 | 形状、寸法、完全性、清掃状態 |
| ワックスツリー | 模型と湯道の組合せ | 接続、鋳造配置、品番識別 |
| 埋没鋳型 | 脱ろう後に金属を受ける空洞 | 材料と鋳造計画に適した鋳型状態 |
| 金属素地 | 湯道や仕上げ作業が残る指輪 | 成形状態、重要寸法、加工部位 |
| 仕上がった指輪 | 合意した後工程を終えたジュエリー | サイズ、石留め、表面、最終外観 |
造形サポートと鋳造用の湯道は役割が異なります。ツリー上の位置、金属の入口、接続方法は鋳造担当者が検討します。造形準備で付けたサポートを、そのまま完成した湯道設計と考えてはいけません。
5 鋳造後に仕上げと寸法確認を行う
鋳造後は計画に従って湯道を切り離し、接続部を修整した後、研磨や石留めを行います。内面、模様の周囲、石座へ工具が届くかも設計時に検討します。後加工が難しいと、形成できた細部を保ちにくくなります。
ワックスの寸法が正しくても、完成品の全寸法が保証されるわけではありません。鋳型、合金、後加工も寸法に影響します。ORNLのロストワックス鋳造における寸法研究は、ワックス、シェル、合金の熱機械的挙動を特定の条件で扱っています。工業用合金の実験から、指輪に共通する収縮率をそのまま導くことはできません。
最終検査では完成品の要求に戻ります。規格に基づくリングサイズ、中石の固定と爪の状態、石座と腕の接続、表面仕上げ後の装飾を確認します。石留め前後の検査は分けて記録します。
腕の寸法だけが外れる場合や、石座だけが変化する場合は、それぞれの寸法を追跡します。すべてを全体の収縮として扱うと、局所的な加工や変形を見落とすことがあります。
測定記録には、ワックス、鋳造素地、完成品のどれを測ったか、基準と方法も明記します。異なる状態の内径を混在させてはいけません。複数の担当者や会社が関わる場合は測定位置と受入条件を先に決め、差異が出たら元の結果を保存してから調整を検討します。
6 再注文に使える指輪の記録を残す
次の記録表は、設計要求とワックス・完成品の検査を結びつける未記入のひな形です。
| 項目 | 保存する情報 |
|---|---|
| 設計の識別 | 品番、CAD版、承認日、対応ファイル |
| リングサイズ | 規格、目標寸法、測定方法 |
| 宝石 | 実測寸法、輪郭、石留め方法 |
| 製造上の調整 | 補正、加工代、担当者 |
| ワックス検査 | 腕、石座、細い爪、装飾の結果 |
| 鋳造後・完成品検査 | 素地の差異、修整記録、最終寸法、石留め状態 |
| 再注文の変更 | 宝石、サイズ、合金、表面要求の変更 |
写真は外観の識別に役立ちますが、重要寸法と製造上の調整は文章でも記録します。再注文で宝石やサイズが変わる場合は新しい版を作り、その後で従来の工程条件を使えるか判断します。
よくある質問
金の指輪を直接プリントできますか
金属を直接積層造形する方法もありますが、対応する装置、金属材料、後処理が必要です。本記事のワックスプリンターが作るのは鋳造用の模型で、金属は後の鋳造工程で形になります。
ワックスと完成品を別々に検査するのはなぜですか
ワックス検査は次工程へ渡せる状態か、鋳造後の検査は金属の成形状態、完成品検査は着用寸法・石留め・表面を確認します。各段階で対象と発見できる問題が異なります。
指輪のサンプル評価には何を用意しますか
承認済みの版、リングサイズの規格、宝石の実測情報、重要部位の要求を用意します。納品物がワックス模型、金属素地、完成品のどれかも伝えることで、検査と後続工程を組めます。