【工艺篇】

3、油漆之下

当看着自己的自行车时，你是否想过，油漆下面隐藏着什么呢？曾经，只要一个简单的车管贴纸就可以确认制造商使用的钢制车管品种（可能是Reynolds或Columbus），而油漆会掩盖住在制造车管时投入的数小时手工工艺精力。

3.1电脑为主，设计至上

而现在，Trek的碳纤维自行车与它们的上一代钢制车管一样，以您猜想不到的方式隐藏了手工工艺。这些自行车都采用计算机生成的设计，并经过流体力学评估和限定分析，从而使自行车成品形状看起来像是天衣无缝的机器制造产品。

Trek沃特卢总部的碳纤维自行车生产流程经历了数十年的变化，从1988年上胶预成型的碳纤维车管插入铝合金接头的工艺，到现在采用多种碳纤维材料并结合使用多种模具的综合工艺，打造出可完全调节且设计成熟的终端产品。

3.2碳纤维与模具

除了使用航空技术外，自行车实际上是使用一片平整的碳纤维材料完全靠手工打造而成。没有涉及任何第三方车管和接头制造商，有些自相矛盾的是，Trek目前的自行车制造工艺比公司早期更注重手工。

尽管模具是工艺的开始，但Trek不单只是在讨论将碳纤维材料压进加入了一些环氧树脂的胶质模具使之成型。Jay Thrane带领的工程师团队为Trek制作定制模具。而模具制作工厂是沃特卢原来的Trek红色谷仓，这里正是Dick Burke和Bevil Hogg创建公司之处，也是70年代数千辆钢制自行车的生产地。如今，在这个老旧的谷仓内，制作出来的模具则用于帮助制造成千上万辆的碳纤维车架。

每一件这类模具都由整块的实心铝合金或钢材制成，具体情况将视应用而定，并且在现场由CNC机器制作，以符合预期的组件形状要求。随后，困难的部分开始了。由于车架涉及的形状越来越多，模具也越来越复杂。最初，模具切割设备一周可完成五个模具的制作，而现在，虽然切割设备数量增加且24小时运作，一周也只能完成一到两个模具，这就是新设计的复杂之处。

一旦模具被运往西部一英里以外的碳纤维实验室内，神奇的黑色物质就可以被切掉并挑出。除工程设计以外，在铺层碳纤维车架涉及的工艺与制作服饰有很多共通之处。事实上，随着工艺的进展，将可能更多地与裁缝的手艺相关，而非传统用车管和接头制造的钢车架。

3.3模具从何而来

复合材料制造工程师Jim Colegrove解释到：“我们有一些非常先进的软件。首先，我们使用CAD制作车架的3D形状。我可以将这个部分细分为具体的区域，然后铺展开来形成网状结构，这就是我随后可恢复用到模具中的完美结构型状，而我也了解，这会与车架形状完美契合。我们把这种型状称作平面预成型，预成型的结果随后将在我们的CNC切割台上完成切割。”

3.4不同的碳纤维原料

预成型对于建模时在要求强度的区域增加强度，以及在不要求强度的区域节省重量很关键，因为工程师会根据每种形状和应用选择正确的材料类型。Hexcel碳纤维专家制作Trek的所有沃特卢碳纤维材料已有近25年的制造经验。这些完全在美国制造的碳纤维材料来自犹他州的盐湖城，按标准模数、中间模数、高模数或超高模数提供。这些材料可以根据计划用途做成织物或单向性材料。

前航空工程师 Jim 解释这些材料各自的属性。

“我们在特定的高压力或高冲击力区域使用标准交错排列的碳纤维织物，因为这类织物有独特的属性。这有点像防破裂尼龙：具有更大的耐破损性。这种材料在极其紧绷的表面轮廓下也会更容易成形。单向性材料，正如字面意思一样，即单向延伸的纤维。这种材料在纤维的平面上也富有弹性，但在制造更为复杂形状时会相当困难。每种材料都有优点和缺点，只有依靠经验和设计才能打造出完美的结构。

例如，Hex-MC是一种更短的细碎纤维组成的独特材料。它们以非常随机的型式被扔到片材上，会自动平铺一层。随后，由于没有长的连续纤维，工程师就可以非常高效地将这种材料通过模制做成复杂的形状。但是，这种材料的强度或刚性不如单向性或织物材料。作为对比，请看一下中轴。这个中轴看上去因为头管负载和骑者施加的负载经历了大量的扭曲和弯折，因此也需要高刚性和高强度。所以我们在这些特定区域加入高模数或超高模数材料制成的小型条状物，帮助增加所需的优势。”

3.5预成型件

我们来看一下碳纤维车架，会很容易联想到塑料模型飞机的制作，但是车架的工艺更复杂。一辆Madone公路车车架有大约180个预成型件，也可叫做单片的碳纤维，这些材料通过铺层可增加特定区域的强度。而一辆Session速降车则有238个预成型件，每个模具包含2-12组碳纤维材料（单向性、织物或Hex-MC）。这是一个复杂的切割列表。碳纤维是非常好的材料，但需要有出色的工艺才能发挥它的优势。没有正确的专业知识，用碳纤维制作出的结构要么会很重，要么构造不完善。

为辅助车架设计的复杂性，预成型件的尺寸一般随车架尺寸的增加而增加，因而也可能需要加入其他材料，满足体重更重的骑手施加给自行车的负载。但是，即使是车架上强度最大的部件，也仅仅是在1.5mm壁厚的区域上。

Trek碳纤维原型制作设备的工艺大师是Kelly Stone和Sue Moe，他们有46年的碳纤维模具制造经验。这种材料更像是乳脂片，摸起来很粘，也可以弯折，随着温度的升高会变得柔软。

按照Kelly的说法，她只需要用她那经验丰富的双手握住碳纤维片材，就能知道它们是否符合要求。

“您肯定能够区分材料类型，哪些地方不对，以及树脂是否足够或过多。工程师总是告诉我们，要使用的铺层材料，每次测试的原料，但是经过评估后，我们可以为这里和那里制作额外的零件，然后进行测试。”

3.6制作与反馈

Kelly和Sue对工艺了解很透彻，包括冷却时间、理想温度，以及材料的延展极限。他们就材料铺层期间的有效和无效处理向Jim和他的工程师们提供了包含大量经验的反馈。很多反馈不仅仅是科学知识，Trek更看重的是经验。他们已制造并测试了众多车架，因此拥有车架开发的领先优势，一切有用的数据。

Plaid先生在模具四周涂抹上脱模剂，将预成型件放入腔体内。他在完成后续步骤的过程中始终与我们交谈。根据具体的形状，加入气泡，并把整个槽密封，置于夹具中。这些操作可实际挤压纤维，使材料成型，同时去除多余的树脂。

3.7造车

全新的Session速降山地赛车车架的一个摇杆就有40个预成型件。与裁缝利用织物的斜剪裁来制作完全适合的样式或纹路一样，碳纤维被铺层在模具内，可创造出最坚固（也最轻）的结构。单是铺层类似摇臂的一个部件模具需要约10分钟，所以用模具制作碳纤维结构的想法远比用CNC机器制作铝合金零件要快速和简单。一旦所有的零件整理干净并放置冷却，即可开始工艺的下一步。

如果是Madone系列，将模制的部件组装成公路车车架的速度非常快。环氧树脂胶用于粘合单个的固件、中轴，以及采用专有Step Joint设计（使连接头与连续车管的厚度一致）的前叉件，从而不会因连接而增加重量或造成骑行质量的下降。整槽部件随后会放入一个夹具中，在硬化炉内进行高温固化。一旦部件组合在一起，车架就可以测试追踪其精准度，然后送去进行下一步处理：抛光和喷漆，把所有手工工艺和技术隐藏起来，随后进入有类似要求的市场，Jim 这样解释道。

3.8坚持美国制造

“我常常遇到这样的问题：在整个自行车行业都已将车架生产转移到海外的大趋势下，为什么Trek仍然在这里生产车架，包括大部分的Trek车架？为什么我们仍然保留这个工厂？我的回答始终如一。如果您不能透彻理解所有科技，您将无法生产出有特色且更优质的产品。而理解车架和碳纤维结构怎样工作的唯一方式是亲手构建它们。让我们的工程师来亲手切割模具、完成碳纤维铺层，并亲眼看到结构成型，这对于车架设计的发展至关重要。在这个工厂内制作产品的确非常昂贵，但正因如此，产品质量也更加优秀。我们的所有产品都具备更高的品质，这是因为我们了解怎样生产，我们也能够生产。所以我们也亲手去制作。我们不可能等着其他人来移动测量仪表，告诉我们该怎么操作。我们要带领行业的发展。这是自1990年我在这里开始工作以来Trek一直坚持的做法，这也是吸引我在这里工作的原因。”