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【工藝篇】

3、油漆之下

當看著自己的自行車時，你是否想過，油漆下面隱藏著什么呢？曾經(jīng)，只要一個簡單的車管貼紙就可以確認制造商使用的鋼制車管品種（可能是Reynolds或Columbus），而油漆會掩蓋住在制造車管時投入的數(shù)小時手工工藝精力。

3.1電腦為主，設計至上

而現(xiàn)在，Trek的碳纖維自行車與它們的上一代鋼制車管一樣，以您猜想不到的方式隱藏了手工工藝。這些自行車都采用計算機生成的設計，并經(jīng)過流體力學評估和限定分析，從而使自行車成品形狀看起來像是天衣無縫的機器制造產(chǎn)品。

Trek沃特盧總部的碳纖維自行車生產(chǎn)流程經(jīng)歷了數(shù)十年的變化，從1988年上膠預成型的碳纖維車管插入鋁合金接頭的工藝，到現(xiàn)在采用多種碳纖維材料并結(jié)合使用多種模具的綜合工藝，打造出可完全調(diào)節(jié)且設計成熟的終端產(chǎn)品。

3.2碳纖維與模具

除了使用航空技術外，自行車實際上是使用一片平整的碳纖維材料完全靠手工打造而成。沒有涉及任何第三方車管和接頭制造商，有些自相矛盾的是，Trek目前的自行車制造工藝比公司早期更注重手工。

盡管模具是工藝的開始，但Trek不單只是在討論將碳纖維材料壓進加入了一些環(huán)氧樹脂的膠質(zhì)模具使之成型。Jay Thrane帶領的工程師團隊為Trek制作定制模具。而模具制作工廠是沃特盧原來的Trek紅色谷倉，這里正是Dick Burke和Bevil Hogg創(chuàng)建公司之處，也是70年代數(shù)千輛鋼制自行車的生產(chǎn)地。如今，在這個老舊的谷倉內(nèi)，制作出來的模具則用于幫助制造成千上萬輛的碳纖維車架。

每一件這類模具都由整塊的實心鋁合金或鋼材制成，具體情況將視應用而定，并且在現(xiàn)場由CNC機器制作，以符合預期的組件形狀要求。隨后，困難的部分開始了。由于車架涉及的形狀越來越多，模具也越來越復雜。最初，模具切割設備一周可完成五個模具的制作，而現(xiàn)在，雖然切割設備數(shù)量增加且24小時運作，一周也只能完成一到兩個模具，這就是新設計的復雜之處。

一旦模具被運往西部一英里以外的碳纖維實驗室內(nèi)，神奇的黑色物質(zhì)就可以被切掉并挑出。除工程設計以外，在鋪層碳纖維車架涉及的工藝與制作服飾有很多共通之處。事實上，隨著工藝的進展，將可能更多地與裁縫的手藝相關，而非傳統(tǒng)用車管和接頭制造的鋼車架。

3.3模具從何而來

復合材料制造工程師Jim Colegrove解釋到：“我們有一些非常先進的軟件。首先，我們使用CAD制作車架的3D形狀。我可以將這個部分細分為具體的區(qū)域，然后鋪展開來形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這就是我隨后可恢復用到模具中的完美結(jié)構(gòu)型狀，而我也了解，這會與車架形狀完美契合。我們把這種型狀稱作平面預成型，預成型的結(jié)果隨后將在我們的CNC切割臺上完成切割�！�

3.4不同的碳纖維原料

預成型對于建模時在要求強度的區(qū)域增加強度，以及在不要求強度的區(qū)域節(jié)省重量很關鍵，因為工程師會根據(jù)每種形狀和應用選擇正確的材料類型。Hexcel碳纖維專家制作Trek的所有沃特盧碳纖維材料已有近25年的制造經(jīng)驗。這些完全在美國制造的碳纖維材料來自猶他州的鹽湖城，按標準模數(shù)、中間模數(shù)、高模數(shù)或超高模數(shù)提供。這些材料可以根據(jù)計劃用途做成織物或單向性材料。

前航空工程師 Jim 解釋這些材料各自的屬性。

“我們在特定的高壓力或高沖擊力區(qū)域使用標準交錯排列的碳纖維織物，因為這類織物有獨特的屬性。這有點像防破裂尼龍：具有更大的耐破損性。這種材料在極其緊繃的表面輪廓下也會更容易成形。單向性材料，正如字面意思一樣，即單向延伸的纖維。這種材料在纖維的平面上也富有彈性，但在制造更為復雜形狀時會相當困難。每種材料都有優(yōu)點和缺點，只有依靠經(jīng)驗和設計才能打造出完美的結(jié)構(gòu)。

例如，Hex-MC是一種更短的細碎纖維組成的獨特材料。它們以非常隨機的型式被扔到片材上，會自動平鋪一層。隨后，由于沒有長的連續(xù)纖維，工程師就可以非常高效地將這種材料通過模制做成復雜的形狀。但是，這種材料的強度或剛性不如單向性或織物材料。作為對比，請看一下中軸。這個中軸看上去因為頭管負載和騎者施加的負載經(jīng)歷了大量的扭曲和彎折，因此也需要高剛性和高強度。所以我們在這些特定區(qū)域加入高模數(shù)或超高模數(shù)材料制成的小型條狀物，幫助增加所需的優(yōu)勢�！�

3.5預成型件

我們來看一下碳纖維車架，會很容易聯(lián)想到塑料模型飛機的制作，但是車架的工藝更復雜。一輛Madone公路車車架有大約180個預成型件，也可叫做單片的碳纖維，這些材料通過鋪層可增加特定區(qū)域的強度。而一輛Session速降車則有238個預成型件，每個模具包含2-12組碳纖維材料（單向性、織物或Hex-MC）。這是一個復雜的切割列表。碳纖維是非常好的材料，但需要有出色的工藝才能發(fā)揮它的優(yōu)勢。沒有正確的專業(yè)知識，用碳纖維制作出的結(jié)構(gòu)要么會很重，要么構(gòu)造不完善。

為輔助車架設計的復雜性，預成型件的尺寸一般隨車架尺寸的增加而增加，因而也可能需要加入其他材料，滿足體重更重的騎手施加給自行車的負載。但是，即使是車架上強度最大的部件，也僅僅是在1.5mm壁厚的區(qū)域上。

Trek碳纖維原型制作設備的工藝大師是Kelly Stone和Sue Moe，他們有46年的碳纖維模具制造經(jīng)驗。這種材料更像是乳脂片，摸起來很粘，也可以彎折，隨著溫度的升高會變得柔軟。

按照Kelly的說法，她只需要用她那經(jīng)驗豐富的雙手握住碳纖維片材，就能知道它們是否符合要求。

“您肯定能夠區(qū)分材料類型，哪些地方不對，以及樹脂是否足夠或過多。工程師總是告訴我們，要使用的鋪層材料，每次測試的原料，但是經(jīng)過評估后，我們可以為這里和那里制作額外的零件，然后進行測試。”

3.6制作與反饋

Kelly和Sue對工藝了解很透徹，包括冷卻時間、理想溫度，以及材料的延展極限。他們就材料鋪層期間的有效和無效處理向Jim和他的工程師們提供了包含大量經(jīng)驗的反饋。很多反饋不僅僅是科學知識，Trek更看重的是經(jīng)驗。他們已制造并測試了眾多車架，因此擁有車架開發(fā)的領先優(yōu)勢，一切有用的數(shù)據(jù)。

Plaid先生在模具四周涂抹上脫模劑，將預成型件放入腔體內(nèi)。他在完成后續(xù)步驟的過程中始終與我們交談。根據(jù)具體的形狀，加入氣泡，并把整個槽密封，置于夾具中。這些操作可實際擠壓纖維，使材料成型，同時去除多余的樹脂。

3.7造車

全新的Session速降山地賽車車架的一個搖桿就有40個預成型件。與裁縫利用織物的斜剪裁來制作完全適合的樣式或紋路一樣，碳纖維被鋪層在模具內(nèi)，可創(chuàng)造出最堅固（也最輕）的結(jié)構(gòu)。單是鋪層類似搖臂的一個部件模具需要約10分鐘，所以用模具制作碳纖維結(jié)構(gòu)的想法遠比用CNC機器制作鋁合金零件要快速和簡單。一旦所有的零件整理干凈并放置冷卻，即可開始工藝的下一步。

如果是Madone系列，將模制的部件組裝成公路車車架的速度非�？�。環(huán)氧樹脂膠用于粘合單個的固件、中軸，以及采用專有Step Joint設計（使連接頭與連續(xù)車管的厚度一致）的前叉件，從而不會因連接而增加重量或造成騎行質(zhì)量的下降。整槽部件隨后會放入一個夾具中，在硬化爐內(nèi)進行高溫固化。一旦部件組合在一起，車架就可以測試追蹤其精準度，然后送去進行下一步處理：拋光和噴漆，把所有手工工藝和技術隱藏起來，隨后進入有類似要求的市場，Jim 這樣解釋道。

3.8堅持美國制造

“我常常遇到這樣的問題：在整個自行車行業(yè)都已將車架生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到海外的大趨勢下，為什么Trek仍然在這里生產(chǎn)車架，包括大部分的Trek車架？為什么我們?nèi)匀槐Ａ暨@個工廠？我的回答始終如一。如果您不能透徹理解所有科技，您將無法生產(chǎn)出有特色且更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。而理解車架和碳纖維結(jié)構(gòu)怎樣工作的唯一方式是親手構(gòu)建它們。讓我們的工程師來親手切割模具、完成碳纖維鋪層，并親眼看到結(jié)構(gòu)成型，這對于車架設計的發(fā)展至關重要。在這個工廠內(nèi)制作產(chǎn)品的確非常昂貴，但正因如此，產(chǎn)品質(zhì)量也更加優(yōu)秀。我們的所有產(chǎn)品都具備更高的品質(zhì)，這是因為我們了解怎樣生產(chǎn)，我們也能夠生產(chǎn)。所以我們也親手去制作。我們不可能等著其他人來移動測量儀表，告訴我們該怎么操作。我們要帶領行業(yè)的發(fā)展。這是自1990年我在這里開始工作以來Trek一直堅持的做法，這也是吸引我在這里工作的原因�！�