Artykuł
Caly przebieg tworzenia prototypow jak rowniez poprzedzajace go przygotowania maja bardzo duze znaczenie dla wprowadzenia do produkcji nowego modelu. Tu wlasnie nastepuje weryfikacja projektu pod wzgledem poprawnosci konstrukcji, zdolnosci do produkcji oraz latwego serwisu. W tym przypadku nie tylko rozwiniete techniki symulacji komputerowej ale tez wlasciwe i glebokie zarzadzanie projektem maja wplyw na skrocenie czasu uruchomienia a wiec tez na obnizenie kosztow.
W procesie budowy prototypow kluczowym jest system stalego sprzezenia przeplywu informacji pomiedzy jednostkami badajacymi i budujacymi prototypy a dzialami konstrukcji oraz przygotowania produkcji by jak najwydajniej i sprawniej usuwac wszelkie usterki zarowno konstrukcyjne jak i wplywajace na montaz gotowego samochodu. Chodzi przeciez glownie o to aby wykluczyc mozliwie jak najwiecej bledow, gdyz w trakcie trwania produkcji masowej koszty jakichkolwiek zmian sa juz bardzo wysokie. Z uwagi na to przed technologia budowy prototypow stawia sie wysokie, czesto trudne razem do pogodzenia wymagania: wysoka jakosc, zblizona do samochodu seryjnego; krotki czas rozpoczecia budowy oraz wprowadzania zmian. Obie te cechy wymuszaja stosowanie uproszczonych metod wytwarzania oraz recznego wykonawstwa co z kolei wymaga duzego doswiadczenia.
Ogolnie, w zaleznosci od zaawansowania konstrukcji pojazdy zwane prototypami mozna podzielic na cztery grupy:
1. Concept Car - sluzy do oceny zewnetrznej bryly nadwozia oraz wnetrza.
2. Component Car - sluzy do badania emisji spalin i kierowalnosci pojazdu.
3. Pre-Test Car - jest rozwinieciem (przerobka) produkowanego jeszcze samochodu, sluzy do badania nowej struktury nadwozia i zespolow razem.
4. Proto Car - wlasciwy prototyp bedacy w przyblizeniu odzwierciedleniem przyszlego nowego projektu, poddany wszechstronnym badaniom.
Proces budowy prototypu zaczyna sie od przejecia dokumentacji konstrukcyjnej nadwozia w postaci zapisu komputerowego. Kazda otrzymana czesc podlega weryfikacji w celu przygotowania do modelowania stempla tlocznika (zmiana ukladu wspolrzednych, wybor kierunku tloczenia). W tym miejscu nalezy zaznaczyc, ze w wiekszosci przypadkow tloczenia paneli nadwozia prototypu stosuje sie stop aluminium na wykonanie stempla i zywice na wykonanie matrycy (a tylko dla blach o grubosci 1 mm i wiecej - stop aluminium). Jest to o tyle istotne, ze w takich przypadkach obrobka komputerowa i pozniejsza skrawajaca (razem z pracochlonnym wykanczaniem recznym) dotyczy juz tylko jednego elementu tlocznika, gdyz drugi powstaje juz tylko jako odbicie negatywowe z odpowiednim przesunieciem o grubosc blachy.
Modelowanie otrzymanej czesci na stempel wykonuje sie w tym samym systemie komputerowym co konstrukcje. Na przyklad w przypadku nadkola tworzy sie stempel lewego i prawego razem z odpowiednimi naciagaczami blachy. Przechodzi sie z opisu powierzchniowego na brylowy a to ze wzgledu na tworzenie danych dla obrabiarki numerycznej. Do tego celu sluza specjalne programy. Czasami zdarza sie tak ze taki program nie „wyrabia sie” z jakims obszarem (np. tam gdzie dwie powierzchnie sa polaczone malym promieniem wewnetrznym). Wtedy takie miejsce zostawia sie do wykonczenia recznego po obrobce, gdyz trwa ono krocej niz specjalne dopisywanie programu. Taka wlasnie jest specyfika tworzenia czesci prototypowych.
Gotowy program jest przesylany siecia do komputera obrabiarki numerycznej, gdzie przeksztalca sie go na jezyk maszyny przez tzw. post procesor. Dopiero po tym nastepuje wlasciwa obrobka. W celu zaoszczedzenia materialu i czasu pracy maszyny najpierw wykonuje sie styropianowy model stempla z nadmiarem 10 mm. Jest to dokladny pozytyw tego narzedzia z dorobionymi pozniej recznie podstawa z wnekami do mocowania do prasy z uszami lub otworami do transportu oraz z wypustami zaznaczajacymi podstawowe osie. Model ten stanowi wzorzec dla zgrubnego odlewu stempla, ktory zwykle jest wykonywany przez specjalistyczna firme.
Otrzymany odlew oczyszcza sie z pozostalosci zgorzelin. Teraz nastepuje wlasciwa obrobka stempla na nastepnej obrabiarce numerycznej. Takze i tu stosuje sie przeslany siecia program z tym, ze jest on przeksztalcony przez „swoj” post procesor i dostosowany do nowego zadania. Po ustawieniu surowego odlewu w osiach maszyna rozpoczyna swoja prace. Zwykle wystarczaja trzy podejscia z odpowiednimi frezami: zgrubne, dokladne i wykanczajace. Jezeli zdarzy sie tak, ze braknie materialu stosuje sie reczne napawanie. Po zakonczeniu tej obrobki ma miejsce reczne wykanczanie powierzchni.
W nastepnej fazie przygotowuje sie stempel i docisk do negatywowego odbicia ksztaltu powierzchni tloczenia na matryce z odpowiednim przesunieciem o grubosc tloczonej blachy. W tym celu oba narzedzia sa skladane na poziomej plycie odpowiednio wzgledem siebie. Szczeline pomiedzy nimi wypelnia sie modelina a na miejsca bardziej obciazona (np. na uskokach powierzchni, na granicy stempla i docisku) przykleja sie kawalki styropianu w celu wiekszej grubosci odlewanego pozniej lica.
Rownolegle odbywa sie budowa skrzyni matrycy. Ma ona ksztalt prostopadloscianu z blachy o grubosci 5 mm. Do gornej plaszczyzny przylegania do prasy dochodzi przestrzenne uzebrowanie z plaskownikow o szerokosci 100 mm w odstepach nie wiekszych niz 500 mm. Krawedzie po przeciwleglej stronie skrzyni maja obrys odwzorowany od docisku i dodatkowo wzmocnione sa pretami stalowymi wzdluz tego obrysu oraz po skosie do uzebrowania. Na sciankach bocznych znajduja sie prostokatne otwory do mocowania do prasy oraz okragle dla kolkow transportowych. Calosc jest skladana metoda spawania.
Nastepnym etapem jest wypelnienie skrzyni matrycy i przygotowanie do polozenia lica. W tym celu dokonuje sie pierwsze nalozenie jej na stempel i docisk by ustalic miejsca najwyzej polozone na powierzchni tloczenia, w ktorych beda umieszczone kanaly odpowietrzajaco-przelewowe. Kanaly wlewowe natomiast maja swoje miejsce po przekatnej lub przy najdalszych bokach. Oba ich rodzaje sa wykonane z rur stalowych o srednicy 30 mm i spawane do reszty konstrukcji. Na stempel i docisk przykryte kocem i folia ponownie kladzie sie skrzynie matrycy. Calosc skreca sie tasmami, kanaly zakleja sie tasma a do brzegu skrzyni przykleja sie folie dla zachowania czystosci. Teraz wypelnia sie przestrzen nad folia zywica epoksydowa wymieszana z granulowanym piaskiem. Mozna tu uzyc zestalonych kawalkow z poprzedniego cyklu, gdy po zakonczeniu ubijania sciaga sie nadmiar „towaru” listwa (podobnie jak przy rownaniu betonowej wylewki).
Po wyschnieciu zywicy matryca odkladana jest na bok a na stemplu i docisku wyrownuje sie laczaca ich modeline i wyrzuca styropian Na tak przygotowana powierzchnie przykleja sie folie woskowa odpowiedniej grubosci Tworzy ona zadany dystans dla blachy pomiedzy stemplem i matryca by w trakcie tloczenia nie nastepowalo zakleszczanie. W przypadku duzych, gladkich powierzchni, np. dachu przyklejanie wosku na calosci nie jest konieczne. Wystarczy zakryc tylko obszary prostopadle do kierunku tloczenia, rowek docisku oraz wybrzuszenie naciagajace. Po zalaniu lica rozsuniecie obydwu zespolow o zadany dystans juz utworzy odpowiednie miejsce nawet tam, gdzie nie ma wosku, gdyz normalne na duzej plaskiej powierzchni zmieniaja swoj kierunek w bardzo malym zakresie.
Teraz nastepuje ostatni etap tworzenia tlocznika. Matryca, po uprzednim udroznieniu kanalow, ponownie kladziona jest na stempel i docisk ale tym razem z 15 mm dystansami wykonanymi z tworzywa. Oznacza to, ze co najmniej taka bedzie grubosc lica. Szczelina pomiedzy matryca i dociskiem jest oklejana tasma i uszczelniana modelina twardniejaca pod wplywem temperatury. Do kanalow wlewowych przykleja sie blaszane lejki odpowiedniej wysokosci i pojemnosci majace dawac wystarczajace cisnienie przy zalewaniu lica. Od gory na matryce kladzie sie folie przedziurawiona w miejscach kanalow wyplywowych, w ktore wklada sie papierowe rurki nizsze od lejkow wlewowych. Folia zwinieta na krawedziach sluzy jako koryto do zatrzymania nadmiaru wyplywajacej zywicy. Zalewanie odbywa sie recznie zywica, ktora dla uzyskania odpowiedniej twardosci jest wymieszana z pylem metalowym. Odpowiednio wysoki slup cieczy w lejkach tworzy cisnienie, dzieki ktoremu cala przestrzen ponad stemplem jest dokladnie wypelniana a powietrze i nadmiar zywicy opuszcza ja w najwyzej polozonych punktach. Po wyschnieciu i oczyszczeniu gornej powierzchni matrycy, ustala sie wysokosc calego tak zlozonego tlocznika (co najmniej 10 mm ponad dotychczasowa). Dzieki temu mozna latwo uzyskac rownoleglosc powierzchni wspolpracujacych z prasa. Polega to na przyspawaniu blaszek dystansowych do skrzyni matrycy. Po odwroceniu jej licem do gory (uprzednio oddzielonej od stempla) i postawieniu na plycie przykrytej folia zalewa sie powstala przestrzen zywica z domieszka drobnego piasku Niedaleko od krawedzi skrzyni matrycy pod folie kladzie sie zapory w postaci dowolnych ksztaltownikow (np. katownikow) aby zatrzymac zywice.
Ostatnia operacja w budowie tego typu tlocznika dla czesci prototypowej jest nawiercenie otworow odpowietrzajacych. Ze wzgledu na wytrzymalosc matrycy moga one miec srednice najwyzej 6 mm. W przypadku stempla, ktory jest wykonany ze stopu aluminium, otwory te (zwykle trzy) wyznaczaja dwie glowne osie symetrii tego elementu. Jest to bardzo przydatne w momencie dokonywania zmian powierzchni (tzw. IDC - Information for Design Changing) tak przeciez czestych w prototypach - znacznie ulatwia i przyspiesza ponowne ustawienie stempla w obrabiarce numerycznej.
Na koniec opisu budowy tlocznika dla czesci prototypowej mozna dodac, ze istnieje takze inny, ale w swojej idei bardzo podobny sposob wytwarzania tego narzedzia. Kazdy z glownych elementow tlocznika jest przykrecany do specjalnej ramy, wykonanej ze staliwa i posiadajacej juz zespol docisku. W takim przypadku matryca i stempel sa czesciami wymiennymi a dla wiekszosci wytloczek wystarcza juz tylko dwie lub trzy glowne ramy tak zbudowanego tlocznika.
Gotowy tlocznik przechodzi do nastepnego zespolu. W zaleznosci od wielkosci bedzie wspolpracowal z prasa od 100 do 1000 ton. Generalna roznica miedzy tloczeniem czesci prototypowych a produkcyjnych wystepowanie tylko jednego narzedzia. Caly proces jest ustawiony tak aby uzyskac zadany efekt w jednym lub dwoch podejsciach. Na poczatku wystepuje ustawienie parametrow prasy (ang. Try Out), tzn. wielkosci nacisku i docisku, wysokosci docisku, cisnienia dla odpowiednich wymiarow matrycy i wytloczki. Stosuje sie prasy hydrauliczne, poniewaz moga one zapewnic odpowiednio mala predkosc, konieczna w takim uproszczonym cyklu.
W przypadku plytkiego tloczenia plaskich powierzchni nie stosuje sie docisku. Gdy jednak wystapia pofaldowania na pewnych obszarach kladzie sie tam „latki” z poliuretanu o odpowiedniej grubosci (od 2 mm do 5 mm), ktore potem w trakcie procesu ulegaja zniszczeniu. Jezeli wystepuje pekniecie blachy (zwykle w narozach) stosuje sie przekladki z cienkiej folii po obu stronach w celu zmniejszenia tarcia. Gdy to nie pomaga mozna przeszlifowac wybrzuszenie naciagajace na stemplu, albo odciac rogi blachy przed tloczeniem, wtedy sciagnieta blacha „ominie” niekorzystne miejsce. Ostatecznie mozna zastosowac tez dwa podejscia obrobki do jednego elementu; pierwsze - wstepne i plytkie, drugie (po nacieciu w poblizu obszarow pekniec ale poza obrysem wycinana panelu) - koncowe. Jednakze ta ostatnia metoda praktycznie podwaja czas wykonywania danej partii czesci.
Nastepnym etapem wytwarzania wytloczki jest docinanie, ktore wykonuje sie przy pomocy urzadzenia laserowego. Ma ono mozliwosc przemieszczania glowicy tnacej w trzech osiach i obrocie wzgledem obiektu. Podobnie jak w przypadku frezarki numerycznej dane pozyskane od dzialu konstrukcji sa przetwarzane na jezyk tego urzadzenia oraz dostosowywane do ksztaltu elementu, ktory nie pokrywa sie z docelowym i bedzie jeszcze podlegal obrobce recznej. Nastepnym etapem tego procesu jest zbudowanie stojaka-bazy dla wytloczki oraz odpowiednie ustawienie go na stole obrobczym. Dokladnosc docinania jest porownywalna z dopuszczalna tolerancja zakladana w produkcji masowej.
Nalezy dodac, ze przy pomocy tego urzadzenia wykonuje sie tez obrysy z plaskich blach, ktore sa potem doginane recznie np. roznego rodzaju wsporniki. Mozna takze docinac elementy wykonane z innych materialow niz stal np. miedz, aluminium, stal nierdzewna, akryl jednak wtedy maksymalna grubosc ciecia jest (oprocz akrylu) mniejsza. Czasami zdarza sie tak, ze ze wzgledu na technologie wykonania dany element wraca po obrobce recznej z powrotem do laserowego docinania; tworzy sie zatem swego rodzaju petla przeplywu materialu pomiedzy tymi dwoma dzialami.
Ostatnim miejscem, gdzie osobno wykanczane sa poszczegolne elementy jest obrobka reczna (Hand Making). Tu wykonuje sie zaginanie krawedzi, uzupelnianie uproszczonego procesu tloczenia oraz roznego rodzaju zmiany wynikajace z ewolucji prototypu. Ze wzgledu na duza powtarzalnosc do pierwszego rodzaju operacji stosuje sie matryce, tzw. „babe” w odpowiednim, pozytywowym ksztalcie i rozmiarach z powierzchnia kontaktu wykonana na obrabiarce numerycznej oraz tworzywowy docisk, ktory jest jej negatywowym odbiciem. Podobnie wygladaja narzedzia w operacji dotlaczania z tym, ze nie ma tu docisku. W przypadku dokonywania zmian, ktore nie byly wczesniej przewidziane w elementach juz istniejacych wszelkie pomoce wytwarza sie na biezaco, najprostszymi metodami oszczedzajac w ten sposob czas. Tutaj tez weryfikuje sie koncowe wykonanie oddzielnych paneli na sprawdzianach lub w przypadku wspornikow, mierzac odpowiednie odleglosci otworow i plaszczyzn przylegania na maszynie pomiarowej. W tym miejscu warto dodac, ze obecnie dazy sie do tego, by opisywane sprawdziany byly wspolne dla czesci prototypowych i produkcyjnych. Jest to niejako wymuszone tym, ze zalozone tolerancje wykonania w obu przypadkach sa takie same. Dlatego tez przyrzady te od razu beda budowane ze stopu aluminium a nie jak do tej pory z tworzywa dla elementow prototypowych i stali dla produkcyjnych. Dzieki temu oszczedza sie takze czas i pieniadze.
Na podstawie listy wszystkich czesci samochodu (Engeniering Part List) ustala sie tzw. zestawienie materialowe (Bill Of Material) potrzebne do wyznaczenia kolejnosci montazu elementow (Assembly Tree) surowego nadwozia (Body In White). Potem przystepuje sie do wytwarzania przyrzadow ustalajacych czyli konduktorow spawalniczych (tzw. JIG-ow). Nalezy tu jeszcze dodac, ze wszystkie powyzsze czynnosci opisane do tej pory w tym akapicie trzeba wykonac odpowiednio wczesniej aby uniknac przestojow po dostarczeniu pierwszych wytloczek.
Punkty zgrzewcze wykonuje sie recznie wedlug szablonow. Pozwala to na zachowanie przyzwoitej dokladnosci takze przy zmianach ich polozenia. Caly proces montazu nadwozia przebiega nastepujaco. Kazdy laczony zespol ma swoj wlasny JIG. Wszystkie oddzielne zespoly trafiaja potem do trzech glownych konduktorow, gdzie powstaje kompletna plyta podlogowa (razem z tylnymi i przednimi podluznicami oraz z przegroda czolowa) oraz sciany boczne - prawa i lewa. W tym miejscu nastepuje sprawdzanie jakosci zgrzein (Welging Quality Control) za pomoca przyrzadu sonograficznego (Ultrasonic Tester). Badane sa punkty kazdego z trzech glownych zespolow w miejscach wystapienia nadwerezenia w poprzednio testowanych prototypach, najczesciej tam, gdzie laczone sa trzy blachy, a jedna z nich jest ocynkowana. Odpowiedz na wyslany przez sonde do badanej zgrzeiny sygnal jest przedstawiona jako wykres na monitorze obrazujacy trzy malejace piki, kazdy odpowiadajacy jednej warstwie blachy. Jezeli pomiedzy tymi pikami znajduja sie jakies zaklocenia, to oznacza, ze zgrzeina ma wade i nalezy ja poprawic. Opisane wyzej badanie wykonuje sie takze dla gotowego szkieletu. Nastepnie trzy glowne elementy razem z przednim podszybiem i nadszybiem, poprzeczkami dachu i tylna belka sa zgrzewane wstepnie w koncowym konduktorze szkieletu nadwozia (Main Frame Assembling). Konduktor ten jako jedyny moze byc polautomatyczny, tzn. niektore czynnosci (np. zapinanie klamer, dosuwanie zespolow) realizuje za pomoca silownikow pneumatycznych. Wstepne zgrzewanie koncowe zaczyna sie od gornych partii. Po polozeniu dachu przechodzi sie nizej. Nastepnie szkielet wyjmuje sie z konduktora aby dokonczyc te operacje oraz wykonac w niektorych miejscach szlifowanie wykanczajace.
W takim stadium szkielet jest ustawiany na plycie pomiarowej w celu weryfikacji polozenia tych elementow, ktore ostatnio ulegly zmianie. Potem przechodzi do miejsca, gdzie sprawdza sie jakosc wykonania calego nadwozia bez czesci ruchomych (BIW Less Door), tzn. do izby pomiarowej (Measuring Room). Glowne pomiary sa poprzedzone krotkim przygotowaniem. W miejscach, gdzie sa otwory gwintowane wkreca sie sruby ampulowe. Umozliwi to maszynie wyznaczenie rzeczywistego srodka otworu przykrecanego tu pozniej elementu. Dla calej serii prototypow danego modelu buduje sie specjalny stojak i mocuje do plyty pomiarowej. Na nim stawia sie przygotowany szkielet. Poniewaz wymagania jakosci sa teraz bardzo duze (dokladnie takie jak dla produkcji seryjnej) do tej operacji stosuje sie najwyzszej klasy sprzet. Pomiar przebiega wiec automatycznie na podstawie danych otrzymanych z dzialu konstrukcji, ktore sa przetwarzane na jezyk maszyny pomiarowej. Wyznaczane sa trzy wspolrzedne punktu a kazda z nich powinna zawierac sie w zalozonej tolerancji. W ten sposob sprawdza sie wszystkie otwory mocujace, ustalajace i gwintowane oraz punkty na tych powierzchniach, ktore beda wspolpracowac lub stykac sie z innymi elementami, np. poszycia zewnetrznego i wewnetrznego.
Szkielet podzielony jest na odpowiednie bloki z przypisanymi do nich punktami pomiarowymi. Bloki te odpowiadaja zespolom spawalniczym, np. podluznica, sciana boczna, itp. Po zakonczeniu operacji sporzadza sie diagramy do analizy jakosci wykonania danego nadwozia prototypowego.
Pierwszy ukazuje tendencje jakiej podlegaja badane punkty pomiarowe kazdego bloku wzgledem tolerancji. Oblicza sie procent tych, ktorych wszystkie trzy wspolrzedne mieszcza sie w zadanych granicach dla kazdego zespolu oddzielnie a takze dla nadwozia jako calosci. Dla tych danych buduje sie wykres liniowy z zaznaczeniem zalozonej nieprzekraczalnej linii (Dead Line) wyznaczajacej minimalny poziom jakosci. Na tej podstawie sporzadza sie tzw. diagram Pereto. ktory porzadkuje te dane (od najwiekszych wartosci procentowych do najmniejszych) i przedstawia je w postaci wykresu slupkowego (z zaznaczeniem Dead Line) pozwalajac na latwiejsza analize tych blokow, ktore trzeba poprawic - ich jakosc jest ponizej zalozonej. Trzeci diagram ukazuje rozklad danych pomiarowych, tzn. jaki procent punktow pomiarowych ma dana odchylke wspolrzednej. Laczac poszczegolne wierzcholki tak sporzadzonego wykresu slupkowego otrzymuje sie jakosciowy obraz rozrzutu wymiarow poza zadana tolerancje.
Na koniec dla kazdego bloku nadwozia sporzadza sie tabele z nominalnymi i pomierzonymi wspolrzednymi wszystkich punktow z zaznaczeniem tych, ktorych odchylki przekraczaja dopuszczalna wartosc. Takie zestawienia sa przesylane do odpowiednich dzialow w celu dokonania poprawek.
Nastepnie szkielet podlega montazowi koncowemu czesci ruchomych (Moving Parts), do ktorych zaliczaja sie drzwi, klapy a takze przykrecany blotnik przedni.
Kompletne surowe nadwozie (Body In White) poddawane jest procesowi lakierowania. Lakiernia (Paiting Room) sklada sie z trzech osobnych komor: przygotowawczej, natryskowej i piecowej. Kazda z nich ma wlasna wentylacje powietrza utrzymujaca odpowiednia lub zadana temperature i wilgotnosc. Poniewaz budowanie prototypow ma charakter jednostkowy glowne czynnosci wykonuje sie recznie a sam proces jest uproszczony. Ze wzgledu na cykle wygrzewania caly proces mozna podzielic na cztery etapy. W pierwszym wykonuje sie oczyszczanie nadwozia. Po zaklejeniu tasma ram pod szyby klejone - polozenie gruntu. W tym przypadku wygrzewanie trwa najdluzej i w najwyzszej temperaturze. W drugim etapie nastepuje uszczelnianie modelina Po zaslepieniu odslonietych otworow podwozia naklada sie zewnetrzne masy plastyczne, najpierw w trudno dostepne miejsca recznie, pozniej pistoletem tworzac tzw. „baranek”. Tutaj przed wygrzewaniem matuje sie zewnetrzne powierzchnie papierem sciernym. W nastepnym etapie przygotowuje sie tylko maty gluszace oraz wewnetrzne masy plastyczne wypelniajac nimi odpowiednie miejsca w kabinie pasazerskiej. Jest tak dlatego, ze do pelnego utwardzenia wymagaja one stosunkowo niskiej temperatury i krotkiego czasu. Ostatnim etapem w tym procesie jest koncowe lakierowanie nadwozia. Podobnie jak poprzednie operacje przebiega ono recznie przy uzyciu pistoletu.
W ten sposob konczy sie budowa surowego nadwozia prototypu. Jest to najwiekszy i najwazniejszy element w calym procesie, wymagajacy najwiecej czasu i srodkow. Pozostale czesci moga pochodzic z poprzedniego modelu, np. zespol napedowy, albo od dostawcow zewnetrznych, np. zawieszenie lub wyposazenie wnetrza.
Poszycia tworzywowe zarowno wewnetrzne jak i zewnetrzne wykonuje sie w dwojaki sposob: metodami szybkiego prototypingu (Rapid Prototyping) albo za pomoca wtrysku tworzywa (Injection).
W pierwszym przypadku czas wytwarzania gotowego elementu jest bardzo krotki (kilka dni) ale jego jakosc nie jest wysoka. Rapid Prototyping stosuje sie wiec przede wszystkim do samochodow przedprototypowych a takze do modeli i makiet w naturalnej skali celem prezentacji. Rozroznia sie dwa rodzaje tej metody: ksztaltowanie podcisnieniowe (Vacum Forming) oraz odlewanie podcisnieniowe (Vacum Casting). Pierwsza metode najczesciej stosuje sie do wytwarzania boczkow drzwiowych (Door Trim Panel). Polega ona na obciagnieciu rozgrzanego wczesniej plata z ABS-u na epoksydowej formie negatywowej za pomoca podcisnienia. Proces ten odbywa sie dzieki wypompowaniu powietrza z przestrzeni pod modelem, w ktorym nawiercone sa na wylot trzymilimetrowe otwory.
Zbaczajac troche z glownego tematu moza dodac, ze do budowy innych duzych paneli np. deska rozdzielcza, zderzaki itp. stosuje sie takze powszechnie znane laminaty z zywic epoksydowych wzmocnionych wloknem szklanym. Slozace im negatywowe formy odciska sie z mastermodelu a po wyjeciu wyklejki wykancza sie recznie jej powierzchnie zewnetrzna i krawedzie.
Odlewanie podcisnieniowe stosuje sie do wytwarzania malych detali, jak np. klamki, dzwigienki itp. Jest dwuetapowe; najpierw wykonuje sie model, potem wlasciwe odlewanie podcisnieniowe. W zaleznosci od tego z jaka czescia mamy do czynienia (tzn. „powierzchniowa” np. klosz, czy tez „brylowa” np. cala lampa) trzeba z kolei wybrac jedna z dwoch metod: stereo litografii (Stereolithography Apparatus - SLA, Rys. 2) albo wytwarzania wielowarstwowego z papieru (Laminated Object Manufacturing - LOM, Rys. 3).
W przypadku SLA czynnikiem budujacym model jest zywica epoksydowa (Epoxy Resin). Wypelnia ona zbiornik w ktorym zanurzona jest perforowana plyta stanowiaca podstawe. Docelowy obiekt powstaje dzieki powierzchniowemu utwardzaniu zywicy promieniem lasera. Podstawa przemieszcza sie w dol o 0,25 mm po zbudowaniu kolejnej warstwy aby umozliwic tworzenie nastepnej. Dane dotyczace ksztaltu i rozmiarow czesci pochodza od dzialu konstrukcji. Zostaja one przeksztalcone z modelu powierzchniowego lub brylowego na punktowy. Nastepnie obiekt jest tak ustawiony aby kazda jego powierzchnia byla nachylona pod katem do plaszczyzny utwardzania. Wplywa to korzystnie na dokladnosc wykonania. Poza tym w celu zapobiezenia znieksztalceniom w trakcie procesu model zostaje wyposazony w podpore, ktora ustala jego polozenie na perforowanej plycie. Po zakonczeniu pracy lasera caly zespol zostaje wynurzony na dwie godziny aby obciekly resztki zywicy. Po tym nastepuje usuniecie podpory i wyplukanie w rozpuszczalniku. W celu podniesienia twardosci (srednio o 10%) stosuje sie piecowe naswietlanie promieniowaniem ultrafioletowym. Ostatnim etapem wykonania modelu jest wykanczanie reczne powierzchni.
W przypadku LOM czynnikiem budujacym sa kolejno nakladane na siebie i zgrzewane warstwy papieru bedace nastepujacymi po sobie przekrojami tworzonej bryly. Papier, pokryty od spodu zywica epoksydowa, przechodzi przez uklad rolek ponad ruchoma plyta stanowiaca jego podstawe. Po zatrzymaniu sie ruchoma glowica optyczna wycina promieniem lasera odpowiednia warstwice a na zewnatrz tak otrzymanego pola - siatke 30 x 30 mm, ktora pozniej ulatwia wykruszenie nadmiaru powstalego w ten sposob bloku. Kazdy nastepny cykl zaczyna sie od przewiniecia papieru nad upuszczona w tym czasie platforma i przygrzania rozgrzana rolka kolejnej warstwy. W tym miejscu warto dodac, ze promien lasera obrabia tylko ostatnia powierzchnie nie naruszajac przy tym pozostalych. Podobnie jak w przypadku SLA obiekt jest tak ustawiony aby kazda jego powierzchnia byla nachylona pod katem do plaszczyzny papieru. Po zakonczeniu pracy lasera caly zespol zostaje wyjety z maszyny i pozbawiony nadmiaru materialu. Potem nastepuje malowanie lakierem wodoodpornym i wykanczanie reczne powierzchni.
Przed przystapieniem do dalszych prac gotowe modele SLA i LOM sprawdza na maszynie pomiarowej. Poniewaz sa one bardzo kruche mozna je stosowac (poza odlewaniem podcisnieniowym) jedynie do weryfikacji projektu i sprawdzania geometrii a tylko w niektorych przypadkach do bezposrednich doswiadczen w prototypie. Jednakze metody budowania tego rodzaju modeli przezywaja okres gwaltownego rozwoju od poczatku lat 90-tych. Wyniki najnowszych doswiadczen pozwalaja miec nadzieje, ze w niedlugim czasie bedzie mozliwe wytwarzanie tym sposobem gotowych czesci przeznaczonych nie tylko do prototypow ale takze w przyszlosci do produkcji masowej. Obecnie (2021) obie te metody zastapiły drukarki 3D.
Tymczasem gotowe modele sluza do wytwarzania form silikonowych (Silicone Mold). Proces ten moze byc realizowany na dwa sposoby. Pierwszy - jezeli mamy do czynienia z elementem o nieregularnym ksztalcie, w ktorym linia podzialu formy nie moze tworzyc plaszczyzny. Wtedy to model umiejscowiony w pojemniku razem z odwzorowaniem kanalow wlewowych i odpowietrzajacych jest zalewany silikonem. Tak utworzona forma po wyschnieciu jest przecinana na dwie czesci a nieregularnosci powstalej w ten sposob powierzchni podzialu zapewniaja odpowiednie ustalenie ich wzgledem siebie. W pozostalych przypadkach, jezeli linia podzialu tworzy plaszczyzne, obie czesci zalewa sie oddzielnie wykonujac jednakze prowadnice ustalajaca miedzy nimi. Gotowa forme umieszcza sie w dolnym przedziale komory podcisnieniowej. Po wypompowaniu powietrza przyrzadza sie i zalewa zywice wpuszczajac przy tym powietrze do gornego przedzialu, gdzie poczatkowo ona sie znajduje. Powstala przy tym roznica cisnien pozwala na dokladne wypelnienie i znacznie przyspiesza proces. Nastepnie forma umieszczana jest w piecu i wygrzewana w temperaturze 80 stopni C. Ostatnia faza jest wykonczenie reczne gotowej czesci oraz malowanie. Opisna tu metoda wystarcza na wytworzenie od kilkunastu do kilkudziesieciu takich samych elementow z jednej formy. W niektorych przypadkach, jezeli pozwala na to linia podzialu czesci, mozliwe jest skrucenie cyklu przez uzycie formy wykonanej od razu w systemie LOM, pomijajac model, jednak i w tym przypadku wydajnosc calego procesu i jakosc produktu pozostaja nie mienione.
Opisane powyzej metody wytwarzania poszyc tworzywowych dotycza makiet i modeli w naturalnej skali oraz przedprototypow. W przypadku prototypow przeznaczonych do dalszych badan oraz podlegajacych kontroli jakosci wykonania i funkcjonalnosci poszycia wykonuje sie z ABS-u stosujac formy wtryskowe. Zasada ich dzialania jest taka sama jak w metodach produkcji seryjnej. Roznica polega na tym, ze proces ten nie jest zautomatyzowany oraz gotowy produkt nie posiada faktury zewnetrznej. Dzieki temu koszty wytwarzania sa prawie o polowe nizsze. W zaleznosci od tego jakie sa gabaryty czesci lub panelu stosuje sie formy stalowe lub dla skrocenia czasu obrobki duzych powierzchni - ze stopu aluminium.
Ostatnia faza budowy prototypu jest montaz koncowy. Proces ten wlasciwie rozpoczyna sie juz na pierwszym etapie projektowania. Na podstawie zestawienia materialowego (Bill Of Material) sporzadza sie pelna specyfikacje (Full Option) i tak jak w przypadku nadwozia, kolejnosc montazu samochodu. Bazujac na tym oraz po analizie zapisu konstrukcji buduje sie diagram (Adwanced Engineering Process Operation Sheet) zawierajacy odpowiednie rysunki czesci i ich numery, przy czym kazda nastepujaca operacja jest na osobnym arkuszu. Nastepnie wykonuje sie symulacje wykonalnosci montazu w komputerze (Digital Mock-Up) a pozniej calosciowa analize majaca na celu wykrycie ewentualnych bledow konstrukcyjnych, technologicznych i serwisowych (Pre - Build Incidence Raport). Jest to jedna z najwazniejszych faz przygotowania do przyszlej produkcji, gdyz kazda zmiana projektu nie pociaga za soba kosztow budowy nowych narzedzi.
Potem nastepuje upakowanie komory silnikowej (Package = Buck) przy zastosowaniu odpowiedniej czesci szkieletu nadwozia(gdy silnik jest umieszczony z przodu - plyta czolowa, podluznice oraz belka przednia), zbudowanej w uproszczony sposob.
Poniewaz technika montazu koncowego prototypu jest odmienna od produkcyjnej inny tez bedzie jej opis. Ogolnie rzecz biorac sa dwa rozne sposoby realizacji tego zadania; pierwszy polega na tym, ze jeden zespol sklada caly samochod od poczatku do konca, drugi - kazdy oddzielny blok (np. plyta podlogowa, komora silnika, drzwi, itd.) ma swoich wyspecjalizowanych montazystow. Ten ostatni przypomina mala linie produkcyjna i daje podobne korzysci (lepsza jakosc, krotszy czas). Wobec surowych obecnie wymagan stawianych prototypom, czestych zmian nowych modeli jest coraz powszechniej stosowany, mimo wyzszych kosztow zwiazanych z jego uruchomieniem. Dodatkowa zaleta zwiazana z posiadaniem tego systemu jest mozliwosc maloseryjnej produkcji, np. samochodu sportowego.
Po rozpoczeciu skladania prototypow zaczyna dzialac procedura biezacej analizy problemow, ktorej konsekwencja jest emisja raportu bledow (Build Incidence Raport). Istnieja trzy rozne jego rodzaje. Jezeli mamy do czynienia z bledem konstrukcyjnym (montaz jest w ogole nie mozliwy lub niewykonalny w produkcji masowej) wowczas BIR jest przesylany do dzialu konstrukcji. W drugim przypadku, gdy poziom zaawansowania zmian jest niewystarczajacy (np. jedna z dwoch wspolpracujacych czesci nie zostala jeszcze przekonstruowana) celem realizacji raportu bedzie "dopasowanie" pozwalajace dokonczyc dany prototyp i wykorzystac go do badania innych zespolow. Ostatnim powodem emisji raportu bledow jest niezadowalajaca jakosc montazu. Po kazdej korekcie BIR jest zamykany.
Kazdy gotowy prototyp poddawany jest odrebnej procedurze wstepnej kontroli jakosci IQS (Initial Quality Study). Polega ona na ocenie wykonania pojazdu z punktu widzenia klienta. Jest przedstawiana w postaci liczby defektow na 100 samochodow (im mniej punktow tym wyzsza jakosc). Poszczegolne defekty przypisywane sa do jednej z 12 kategorii (poziom halasu, silnik, wnetrze itd.). IQS dzieli sie na cztery fazy:
1. Statyczna - sprawdzenie jakosci wnetrza, nadwozia oraz lakieru.
2. Dynamiczna - weryfikacja szumow oplywu powietrza, poziomu halasu, kierowalnosci, silnika, hamulcow, ogrzewania-wentylacji-klimatyzacji oraz dzialania urzadzen elektrycznych.
3. Proba szczelnosci - szesciogodzinny prysznic przy nachyleniu pojazdu pod katem 10 stopni.
4. Inne, np. wysilek podczas otwierania drzwi itp.
IQS realizuje zespol skladajacy sie z 3 do 5 osob, ktory wykrywa wszystkie wady w danym pojezdzie. Nastepnie ustala wskaznik dla kazdej usterki w drodze dyskusji. Taka ocena ma odzwierciedlac poziom zadowolenia klienta w kazdym aspekcie: dostrzegania, dotyku, obslugi oraz wyczuwania. Kazdy defekt oceniany jest subiektywnie wg 10 - punktowej skali z tym, ze waga danego punktu zalezy od tego w jakiej kategorii znajduje sie (np. hamulce ocenia sie surowiej niz lakier). Koncowym etapem jest sumowanie wszystkich punktow i nanoszenie ich na wykres celem zobrazowania tendencji poziomu jakosci prototypu danego modelu. Obnizanie liczby punktow "karnych" w kolejnych egzemplarzach potwierdza prawidlowosc zastosowanych rozwiazan.
Po przejsciu przez kontrole jakosci pojazd zostaje dostarczony do wlasciwego uzytkownika, ktorym w przypadku prototypow jest dzial testow.