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【工藝篇】

3、油漆之下

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

3.1電腦為主，設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)生成的設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)流體力學(xué)評(píng)估和限定分析，從而使自行車成品形狀看起來(lái)像是天衣無(wú)縫的機(jī)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(yù)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(shè)計(jì)成熟的終端產(chǎn)品。

3.2碳纖維與模具

除了使用航空技術(shù)外，自行車實(shí)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(jìn)加入了一些環(huán)氧樹脂的膠質(zhì)模具使之成型。Jay Thrane帶領(lǐng)的工程師團(tuán)隊(duì)為Trek制作定制模具。而模具制作工廠是沃特盧原來(lái)的Trek紅色谷倉(cāng)，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(gè)老舊的谷倉(cāng)內(nèi)，制作出來(lái)的模具則用于幫助制造成千上萬(wàn)輛的碳纖維車架。

每一件這類模具都由整塊的實(shí)心鋁合金或鋼材制成，具體情況將視應(yīng)用而定，并且在現(xiàn)場(chǎng)由CNC機(jī)器制作，以符合預(yù)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(lái)越多，模具也越來(lái)越復(fù)雜。最初，模具切割設(shè)備一周可完成五個(gè)模具的制作，而現(xiàn)在，雖然切割設(shè)備數(shù)量增加且24小時(shí)運(yùn)作，一周也只能完成一到兩個(gè)模具，這就是新設(shè)計(jì)的復(fù)雜之處。

一旦模具被運(yùn)往西部一英里以外的碳纖維實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，神奇的黑色物質(zhì)就可以被切掉并挑出。除工程設(shè)計(jì)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(shí)上，隨著工藝的進(jìn)展，將可能更多地與裁縫的手藝相關(guān)，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(lái)

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

3.4不同的碳纖維原料

預(yù)成型對(duì)于建模時(shí)在要求強(qiáng)度的區(qū)域增加強(qiáng)度，以及在不要求強(qiáng)度的區(qū)域節(jié)省重量很關(guān)鍵，因?yàn)楣こ處煏?huì)根據(jù)每種形狀和應(yīng)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(yàn)。這些完全在美國(guó)制造的碳纖維材料來(lái)自猶他州的鹽湖城，按標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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?cè)谔囟ǖ母邏毫�或高沖擊力區(qū)域使用標(biāo)準(zhǔn)交錯(cuò)排列的碳纖維織物，因?yàn)檫@類織物有獨(dú)特的屬性。這有點(diǎn)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(huì)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(fù)雜形狀時(shí)會(huì)相當(dāng)困難。每種材料都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，只有依靠經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)才能打造出完美的結(jié)構(gòu)。

例如，Hex-MC是一種更短的細(xì)碎纖維組成的獨(dú)特材料。它們以非常隨機(jī)的型式被扔到片材上，會(huì)自動(dòng)平鋪一層。隨后，由于沒有長(zhǎng)的連續(xù)纖維，工程師就可以非常高效地將這種材料通過(guò)模制做成復(fù)雜的形狀。但是，這種材料的強(qiáng)度或剛性不如單向性或織物材料。作為對(duì)比，請(qǐng)看一下中軸。這個(gè)中軸看上去因?yàn)轭^管負(fù)載和騎者施加的負(fù)載經(jīng)歷了大量的扭曲和彎折，因此也需要高剛性和高強(qiáng)度。所以我們?cè)谶@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(shì)�！�

3.5預(yù)成型件

我們來(lái)看一下碳纖維車架，會(huì)很容易聯(lián)想到塑料模型飛機(jī)的制作，但是車架的工藝更復(fù)雜。一輛Madone公路車車架有大約180個(gè)預(yù)成型件，也可叫做單片的碳纖維，這些材料通過(guò)鋪層可增加特定區(qū)域的強(qiáng)度。而一輛Session速降車則有238個(gè)預(yù)成型件，每個(gè)模具包含2-12組碳纖維材料（單向性、織物或Hex-MC）。這是一個(gè)復(fù)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(shì)。沒有正確的專業(yè)知識(shí)，用碳纖維制作出的結(jié)構(gòu)要么會(huì)很重，要么構(gòu)造不完善。

為輔助車架設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，預(yù)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(fù)載。但是，即使是車架上強(qiáng)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(shè)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(yàn)。這種材料更像是乳脂片，摸起來(lái)很粘，也可以彎折，隨著溫度的升高會(huì)變得柔軟。

按照Kelly的說(shuō)法，她只需要用她那經(jīng)驗(yàn)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(duì)，以及樹脂是否足夠或過(guò)多。工程師總是告訴我們，要使用的鋪層材料，每次測(cè)試的原料，但是經(jīng)過(guò)評(píng)估后，我們可以為這里和那里制作額外的零件，然后進(jìn)行測(cè)試�！�

3.6制作與反饋

Kelly和Sue對(duì)工藝了解很透徹，包括冷卻時(shí)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(wú)效處理向Jim和他的工程師們提供了包含大量經(jīng)驗(yàn)的反饋。很多反饋不僅僅是科學(xué)知識(shí)，Trek更看重的是經(jīng)驗(yàn)。他們已制造并測(cè)試了眾多車架，因此擁有車架開發(fā)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，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(yù)成型件放入腔體內(nèi)。他在完成后續(xù)步驟的過(guò)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(gè)槽密封，置于夾具中。這些操作可實(shí)際擠壓纖維，使材料成型，同時(shí)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(gè)搖桿就有40個(gè)預(yù)成型件。與裁縫利用織物的斜剪裁來(lái)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(jiān)固（也最輕）的結(jié)構(gòu)。單是鋪層類似搖臂的一個(gè)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(yuǎn)比用CNC機(jī)器制作鋁合金零件要快速和簡(jiǎn)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�？臁－h(huán)氧樹脂膠用于粘合單個(gè)的固件、中軸，以及采用專有Step Joint設(shè)計(jì)（使連接頭與連續(xù)車管的厚度一致）的前叉件，從而不會(huì)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(huì)放入一個(gè)夾具中，在硬化爐內(nèi)進(jìn)行高溫固化。一旦部件組合在一起，車架就可以測(cè)試追蹤其精準(zhǔn)度，然后送去進(jìn)行下一步處理：拋光和噴漆，把所有手工工藝和技術(shù)隱藏起來(lái)，隨后進(jìn)入有類似要求的市場(chǎng)，Jim 這樣解釋道。

3.8堅(jiān)持美國(guó)制造

“我常常遇到這樣的問(wèn)題：在整個(gè)自行車行業(yè)都已將車架生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到海外的大趨勢(shì)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(gè)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(wú)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(lái)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(duì)于車架設(shè)計(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。在這個(gè)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?yàn)槲覀兞私庠鯓由�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(lái)移動(dòng)測(cè)量?jī)x表，告訴我們?cè)撛趺床僮�。我們要帶領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。這是自1990年我在這里開始工作以來(lái)Trek一直堅(jiān)持的做法，這也是吸引我在這里工作的原因。”