您有沒(méi)有想過(guò)，我們熟悉的自行車(chē)漆下面隱藏著什么？曾幾何時(shí)，一個(gè)小小貼紙就能證明車(chē)架鋼管的純正血統(tǒng)，比如來(lái)自歐洲的鐵架車(chē)商英國(guó)雷諾茲或意大利哥倫布，被油漆掩蓋之下的，是數(shù)小時(shí)精工細(xì)造的工藝。今天，崔克（Trek）的碳纖維自行車(chē)沿用了鋼制前輩的這種隱藏的手工工藝，這些自行車(chē)的設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)生成，經(jīng)過(guò)流體動(dòng)力學(xué)評(píng)估和有限元分析，最終的外形看起來(lái)就像機(jī)器制造的一樣天衣無(wú)縫。

多年來(lái)，崔克滑鐵盧總部的碳纖維自行車(chē)生產(chǎn)工藝發(fā)生了很多變化，從1988年將預(yù)制碳管粘合到鋁制凸耳中，到將多個(gè)模具與多種碳材料相結(jié)合的全新工藝。然而，盡管采用了航空航天技術(shù)，但這些自行車(chē)實(shí)際上是由一片片扁平的碳纖維織物手工鋪貼而成，完全是手工制作，整個(gè)過(guò)程也沒(méi)有第三方管材或螺栓連接件制造商參與。但有點(diǎn)矛盾的是，隨著技術(shù)進(jìn)步，崔克現(xiàn)在生產(chǎn)的自行車(chē)比以往任何時(shí)候都更依賴(lài)手工制造。

二、完美的模具

位于密歇根湖以西100公里的滑鐵盧鎮(zhèn)有一座醒目的紅色谷倉(cāng)，迪克· 博克（Dick Burke） 和佰沃·霍格（Bevil Hogg）就是在這里創(chuàng)辦了崔克公司，20 世紀(jì) 70 年代，這里生產(chǎn)了數(shù)千輛鋼制自行車(chē)?，F(xiàn)在這個(gè)舊谷倉(cāng)被用于制造模具，用于制造數(shù)千個(gè)碳框架。模具根據(jù)應(yīng)用的不同由實(shí)心鋁或鋼制成，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 CNC 加工，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要。然而，隨著車(chē)架的形狀越來(lái)越復(fù)雜，模具也變得越來(lái)越復(fù)雜。一開(kāi)始，模具切割設(shè)施每周能生產(chǎn)五套模具，如今盡管機(jī)器24小時(shí)不間斷運(yùn)行，每天反而只能生產(chǎn)一兩套，這都是由新設(shè)計(jì)的復(fù)雜性決定的。

模具上與碳纖維接觸的每個(gè)表面都必須經(jīng)手工打磨并拋光至鏡面，然后對(duì)模具進(jìn)行電鍍并安裝鉸鏈、彈簧和相關(guān)硬件。像比爾·弗里克斯（Bill Frix）這樣的經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，他之前是崔克的焊工和碳纖維預(yù)浸料鋪層操作員，仍需要整整半天的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備一個(gè)模具。每種車(chē)架尺寸需要多達(dá)六個(gè)組件模具才能制作出完整的車(chē)架組。這些復(fù)雜模具的所有零件必須完美地組合在一起，一旦出現(xiàn)問(wèn)題成型過(guò)程將出現(xiàn)缺陷，在高溫和高壓環(huán)境下，環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)液化，因此即便是有最輕微的裂縫，也會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂流失產(chǎn)生缺陷，所以模具從一開(kāi)始就必須是完美無(wú)缺的。

一旦模具被運(yùn)送到西邊兩公里左右的碳纖維材料實(shí)驗(yàn)室，就可以進(jìn)行切割和挑選神奇的碳纖維了。撇開(kāi)工程不談，鋪設(shè)碳纖維框架時(shí)所涉及的過(guò)程與裁縫有很多共同之處。事實(shí)上，隨著工藝的發(fā)展，它可能更多地與裁縫的技術(shù)有關(guān)，而不是用管子和連接件建造鋼架的傳統(tǒng)方法。復(fù)合材料制造工程師吉姆·科爾格羅夫（Jim Colegrove） 解釋說(shuō)：“我們使用 CAD 創(chuàng)建車(chē)架的3D模型，將其分成不同的區(qū)域，然后將它們展平成能完美貼合于模具中的平面形狀。此產(chǎn)品稱(chēng)為展平預(yù)制件，然后在CNC切割臺(tái)上將其切割出來(lái)?！?/span>

在需要的地方增強(qiáng)強(qiáng)度和在不需要的地方減輕重量是制作預(yù)制件的關(guān)鍵，因?yàn)楣こ處煏?huì)為每種形狀和應(yīng)用選擇合適的材料類(lèi)型。崔克滑鐵盧工廠(chǎng)的碳纖維原材料全部來(lái)自Hexcel，二者有著 25 年的合作基礎(chǔ)，這些碳纖維全部產(chǎn)自美國(guó)猶他州鹽湖城，有標(biāo)準(zhǔn)模量、中等模量、高模量和超高模量可供選擇。他們同時(shí)織物或單向織物的選項(xiàng)，具體取決于用途。

前航空航天工程師吉姆解釋了它們各自的特性?！拔覀?cè)谔囟ǖ母邞?yīng)力或高沖擊區(qū)域使用碳纖維織物，因?yàn)榭椢锞哂歇?dú)特的特性。把它想象成防撕裂尼龍：它可以更耐損壞。在非常緊密的表面輪廓中，它也更加保形。單向就像它所說(shuō)的那樣——沿一個(gè)方向受力的纖維。在纖維平面上，它也很靈活，但它在成型更復(fù)雜的形狀時(shí)變得非常困難。每種材料都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，需要經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能構(gòu)建最佳結(jié)構(gòu)。

例如，Hex-MC 是一種由較短的短切纖維制成的獨(dú)特材料。它們以一種非常隨機(jī)的模式被分散到一張襯底上，制成各種復(fù)雜的形狀。因?yàn)闆](méi)有長(zhǎng)而連續(xù)的纖維。缺少單向或布料那樣的強(qiáng)度或剛度。與之相比，由于頭管和騎手施加的負(fù)載，中軸需承擔(dān)大量的扭轉(zhuǎn)和彎曲，需要具備很高的剛度和強(qiáng)度。因此，我們?cè)谶@些特定區(qū)域添加了小條狀的高模量或超高模量材料，以幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題。

制作碳纖維自行車(chē)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作Madone公路車(chē)架有大約 180 個(gè)預(yù)制件或單獨(dú)的碳板，根據(jù)需要調(diào)整層數(shù)以增加強(qiáng)度。Session速降自行車(chē)有 238 個(gè)預(yù)制件，每個(gè)預(yù)制件有 1到 12 層碳纖維材料（單向、編織布料或 Hex-MC）。碳纖維切割清單極度復(fù)雜，需要良好的工程設(shè)計(jì)才能做好。如果沒(méi)有正確的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，您最終會(huì)得到沉重或結(jié)構(gòu)不合理的結(jié)構(gòu)。為了配合這種復(fù)雜性，預(yù)制件的尺寸通常會(huì)隨著車(chē)架尺寸的增加而增大，并且它們可能需要額外的材料來(lái)承受較重體型騎手對(duì)自行車(chē)施加的負(fù)載。但即使是車(chē)架最堅(jiān)固的部分，壁厚也只有 1.5 毫米左右。

在碳纖維成型方面擁有 50 年的經(jīng)驗(yàn)的凱利·斯通（Kelly Stone）和蘇· 默（Sue Moe）提到，成熟的工匠只需將碳纖維片拿到手中，就能判斷它的適合用途?！澳憧梢苑直娉霾牧系念?lèi)型和哪些材料不合適，以及樹(shù)脂是否足夠或太多。工程師總是告訴我們要使用的鋪層、每次測(cè)試的成分，但經(jīng)過(guò)評(píng)估后，我們可以根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)做增減，然后做測(cè)試驗(yàn)證?！?/span>

凱利和蘇對(duì)冷卻時(shí)間和理想溫度也了如指掌。崔克一直秉承的信念是：無(wú)論計(jì)算機(jī)說(shuō)什么，動(dòng)手判斷才是真正的考驗(yàn)，凱利他們可以向吉姆和他的工程師提供經(jīng)驗(yàn)豐富的反饋，告訴他們什么在組裝過(guò)程中可行，什么不行。這不僅僅關(guān)乎科學(xué)——經(jīng)驗(yàn)更是崔克成事的一切。他們生產(chǎn)和測(cè)試了如此多的車(chē)架，使得他們?cè)谲?chē)架開(kāi)發(fā)方面擁有巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

新款速降山地自行車(chē)競(jìng)賽車(chē)架僅在一個(gè)搖臂中就有 40 個(gè)單獨(dú)的預(yù)制件。就像裁縫可以利用織物的斜紋來(lái)創(chuàng)造恰到好處的貼合度或紋理一樣，將碳纖維放入模具中以產(chǎn)生最堅(jiān)固（和最輕）的效果。僅僅為搖臂等單個(gè)部件鋪設(shè)模具就需要大約 10 分鐘，模具生產(chǎn)的碳纖維比 CNC 加工的鋁制部件更容易生產(chǎn)這一想法是完全錯(cuò)誤的。這還不包括所有部件的清理和冷卻時(shí)間，一旦這些完成，才可以進(jìn)入下一階段。

對(duì)于 Madone 來(lái)說(shuō)，將模制部件組裝成公路車(chē)架的速度非?？臁－h(huán)氧樹(shù)脂用于粘合單個(gè)部件、中軸和前三角頭管，采用專(zhuān)有的階梯接頭（Step Joint）設(shè)計(jì)，可形成與相鄰管厚度相同的接頭，因此接頭不會(huì)增加重量或影響騎行質(zhì)量。然后將所有部件裝入夾具中，在烘箱中加熱。過(guò)檢后將其送至下一階段：添加飾面和油漆，并隱藏所有手工痕跡，最終投放到在這個(gè)要求以更少的成本獲得更多的市場(chǎng)中。

“我經(jīng)常被問(wèn)到：為什么崔克在整個(gè)行業(yè)都轉(zhuǎn)移到海外時(shí)，還繼續(xù)在40多年前的谷倉(cāng)里制造車(chē)架？為什么還保留這家工廠(chǎng)？我的回答始終如一。如果您不完全了解科學(xué)原理，就無(wú)法制造出不同的產(chǎn)品、更好的產(chǎn)品。而了解車(chē)架和碳纖維結(jié)構(gòu)的唯一方法是自己制造它們，讓我們的工程師切割布料、鋪設(shè)碳纖維、看到它們的結(jié)構(gòu)栩栩如生，這對(duì)于推動(dòng)設(shè)計(jì)向前發(fā)展至關(guān)重要。這個(gè)工廠(chǎng)里的生產(chǎn)成本確實(shí)很昂貴，但產(chǎn)品卻越來(lái)越好。因?yàn)槲覀兯械漠a(chǎn)品都在進(jìn)步，因?yàn)槲覀冎缿?yīng)該如何制造，可以如何制造。那是因?yàn)榭课覀兊碾p手，而不是等著別人向我們展示如何做到這一點(diǎn)，我們要引領(lǐng)潮流，而不是隨波逐流。自 1990 年我開(kāi)始在這里工作以來(lái)，這就是 Trek 的方式，這也是我來(lái)這里工作的原因。”