您有沒有想過，我們熟悉的自行車漆下面隱藏著什么？曾幾何時(shí)，一個(gè)小小貼紙就能證明車架鋼管的純正血統(tǒng)，比如來自歐洲的鐵架車商英國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）的碳纖維自行車沿用了鋼制前輩的這種隱藏的手工工藝，這些自行車的設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)生成，經(jīng)過流體動力學(xué)評估和有限元分析，最終的外形看起來就像機(jī)器制造的一樣天衣無縫。

多年來，崔克滑鐵盧總部的碳纖維自行車生產(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)過程也沒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)的自行車比以往任何時(shí)候都更依賴手工制造。

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，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。現(xiàn)在這個(gè)舊谷倉被用于制造模具，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)場進(jìn)行 CNC 加工，以滿足設(shè)計(jì)的需要。然而，隨著車架的形狀越來越復(fù)雜，模具也變得越來越復(fù)雜。一開始，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)間來準(zhǔn)備一個(gè)模具。每種車架尺寸需要多達(dá)六個(gè)組件模具才能制作出完整的車架組。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)問題成型過程將出現(xiàn)缺陷，在高溫和高壓環(huán)境下，環(huán)氧樹脂會液化，因此即便是有最輕微的裂縫，也會導(dǎo)致樹脂流失產(chǎn)生缺陷，所以模具從一開始就必須是完美無缺的。

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。撇開工程不談，鋪設(shè)碳纖維框架時(shí)所涉及的過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：“我們使用 CAD 創(chuàng)建車架的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)品稱為展平預(yù)制件，然后在CNC切割臺上將其切割出來。”

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槊糠N形狀和應(yīng)用選擇合適的材料類型。崔克滑鐵盧工廠的碳纖維原材料全部來自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。“我們在特定的高應(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]有長而連續(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，我們在這些特定區(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)問題。

制作碳纖維自行車是一項(xiàng)復(fù)雜的工作Madone公路車架有大約 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。如果沒有正確的專業(yè)知識，您最終會得到沉重或結(jié)構(gòu)不合理的結(jié)構(gòu)。為了配合這種復(fù)雜性，預(yù)制件的尺寸通常會隨著車架尺寸的增加而增大，并且它們可能需要額外的材料來承受較重體型騎手對自行車施加的負(fù)載。但即使是車架最堅(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。“你可以分辨出材料的類型和哪些材料不合適，以及樹脂是否足夠或太多。工程師總是告訴我們要使用的鋪層、每次測試的成分，但經(jīng)過評估后，我們可以根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)做增減，然后做測試驗(yàn)證。”

凱利和蘇對冷卻時(shí)間和理想溫度也了如指掌。崔克一直秉承的信念是：無論計(jì)算機(jī)說什么，動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)和測試了如此多的車架，使得他們在車架開發(fā)方面擁有巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢。

新款速降山地自行車競賽車架僅在一個(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。

對于 Madone 來說，將模制部件組裝成公路車架的速度非常快。環(huán)氧樹脂用于粘合單個(gè)部件、中軸和前三角頭管，采用專有的階梯接頭（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中。

“我經(jīng)常被問到：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多年前的谷倉里制造車架？為什么還保留這家工廠？我的回答始終如一。如果您不完全了解科學(xué)原理，就無法制造出不同的產(chǎn)品、更好的產(chǎn)品。而了解車架和碳纖維結(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，這對于推動設(shè)計(jì)向前發(fā)展至關(guān)重要。這個(gè)工廠里的生產(chǎn)成本確實(shí)很昂貴，但產(chǎn)品卻越來越好。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 年我開始在這里工作以來，這就是 Trek 的方式，這也是我來這里工作的原因。”