História do Carbono da Trek | Trek Bikes (BR)
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Além da pintura

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Você já se perguntou, ao olhar para a sua bike, o que existe além da pintura? No passado, um simples adesivo colado no tubo dianteiro comprovava o pedigree dos tubos de aço que o fabricante havia usado, Reynolds ou Columbus talvez, e a tinta encobrindo todas as horas de trabalho artesanal aplicadas.

Hoje, as bicicletas de fibra de carbono da Trek dividem esse trabalho manual oculto com seus antecessores ​de ​aço, não que pareça. As bicicletas são projetadas por computador, constituídas fluido-dinamicamente e analisadas dimensionalmente, e as formas resultantes aparentam ser totalmente mecanizadas.

O processo de produção de bicicletas de carbono na sede da Trek em Waterloo, aprimorou-se ao longo dos anos, da soldagem de tubos de carbono -pré-moldados em barras de alumínio em 1988, ao processo inusitado, que combina inúmeros moldes com vários materiais de carbono para criar um produto final totalmente ajustável e magistralmente projetado.

Contudo, apesar de toda a tecnologia aeroespacial, as bicicletas são na verdade construídas a partir de uma manta de tecido de fibra de carbono plana, totalmente à mão. Não há fabricantes de tubos ou de barras externos envolvidos e, paradoxalmente, o processo atual da Trek produz uma bicicleta mais artesanal do que nunca.

Não estamos falando simplesmente da prensagem de formas de carbono em moldes flexíveis com um pouco de resina epóxi, embora seja nos moldes onde o processo é iniciado. A fabricação de moldes personalizados da Trek é realizada por uma equipe de engenheiros orientada por Jay Thrane. A fabricação de moldes da Trek é realizada no original celeiro vermelho em Waterloo, onde Dick Burke e Bevil Hogg fundaram a sua empresa, e onde milhares de bicicletas de aço foram produzidas na década de 70. Agora, neste antigo celeiro, são desenvolvidos os moldes que auxiliam na fabricação de milhares de quadros de carbono. Cada um destes moldes é extraído de um bloco maciço de alumínio ou de aço, dependendo da sua aplicação, e é usinado por CNC internamente de acordo com o formato desejado para o componente. Em seguida, começa a parte mais difícil. Como os quadros estão se tornando formatos cada vez mais envolventes, os moldes estão ficando mais e mais complicados. No início, a unidade de usinagem de moldes produzia cinco moldes por semana. Agora, apesar do maior número de máquinas e dos turnos de 24 horas, conseguem produzir apenas um ou dois, tal a complexidade dos novos projetos.

Todas as superfícies do molde que entrarão em contato com o carbono tem de ser lixadas à mão e polidas até ficarem com um acabamento espelhado. Os moldes são então banhados (para auxiliar na durabilidade) e montados com grampos de abertura dos moldes, molas e todas as partes móveis associadas. Para um engenheiro experiente como Bill Frix, antes um soldador e aplicador de camadas de fibra de carbono da Trek, o tempo de preparação de um molde, é de cerca de meio dia. Cada tamanho de quadro usa até seis moldes de componentes para produzir um conjunto de quadro completo. Todas as peças destes complexos moldes devem se encaixar perfeitamente, e as peças pré-moldadas (peças que agregam estrutura em seu interior) precisam ser inseridas sem comprometer o fechamento, porque o processo de moldagem encontrará as falhas, como Jay faz questão de salientar. Com calor e a pressão, a parte em resina epóxi da fibra de carbono liquefaz, por isso, por menor que seja a trinca, algo penetrará. Basicamente, conforme se aumenta a temperatura, a resina se transforma em café. Portanto, os moldes tem que estar perfeitos desde o início.

Assim que os moldes são transportados por cerca de 1 quilômetro e meio a oeste para o laboratório de carbono, o material mágico escuro pode ser cortado e selecionado. Deixando a engenharia de lado, o processo envolvido na aplicação de camadas em um quadro de fibra de carbono assemelha-se em muito ao de modelista ou estilista. Na verdade, com a evolução, o processo se assemelha mais à arte de corte e costura do que à forma tradicional de construção de uma estrutura de tubos e barras de aço.

Jim Colegrove, engenheiro de materiais, explica: "Temos alguns programas de software muito avançados. Primeiro, usamos o CAD para criar a forma 3D que é o quadro. Posso dividir essa peça em regiões específicas e depois nivelá-las em retículas, num modelo perfeito para que eu possa em seguida, colocar de volta no molde e saber que se encaixarão perfeitamente no formato do molde. Chamamos essa matriz de pré-forma plana, que é então cortada na nossa mesa de corte CNC".

As pré-formas são a chave para a construção de resistência onde é necessária a redução de peso onde não é, já que os engenheiros selecionam o tipo certo de material para cada forma e aplicação. Os especialistas em compostos de carbono Hexcel, produzem todos os materiais de carbono usados pela Trek em Waterloo e o fazem a quase 25 anos. Toda a fibra de carbono exclusivamente fabricada nos EUA, em Salt Lake City, Utah, é fornecida em módulos com peso molecular padrão, intermediário, elevado ou ultra-elevado. Pode ser em forma de manta ou unidirecional, dependendo do uso pretendido.

O ex-engenheiro aeroespacial Jim explica suas respectivas propriedades.

Usamos a manta, esse tecido de fibra de carbono quadriculado padrão, em áreas específicas que sofrem altas pressões ou impactos, porque a manta possui uma propriedade única. Pense nele como um nylon ripstop : pode ser mais tolerante aos danos. É também muito mais adequada para contornos de superfícies muito acentuados e apertados. O material unidirecional é exatamente o que parece - são fibras que correm numa única direção. É muito flexível, no plano das fibras, mas torna a conformação de formas mais complexas, bastante difícil. Cada material possui seus pontos fortes e fracos, e é preciso experiência e engenharia para obter as estruturas construídas da forma mais otimizada possível”.

Por exemplo, Hex-MC é um material único com fibras curtas, picadas. Elas são aplicadas sobre uma folha em um padrão muito randomizado que simula uma disposição de camadas. Podemos então, moldar isso em formatos muito complexos de forma muito eficaz, porque não existem fibras longas e contínuas. Mas ele não possui a resistência ou a rigidez da manta ou do material unidirecional. Em contrapartida, observe a caixa de rolamentos do movimento central. Ela sofre grandes torções e flexões por causa do tubo da caixa de direção e da carga aplicada pelo ciclista, portanto, ela precisa tanto de alta resistência quanto de rigidez. Então adicionamos pequenas tiras de material em módulos com peso molecular elevado ou ultra-elevado nessas áreas específicas para ajudar.”

Olhando para um quadro de carbono, é fácil pensar que ele é fabricado como se fosse um aeromodelo de plástico, mas é bem mais complicado que isso. Um quadro de Madone possui cerca de 180 peças pré- moldadas, ou mantas individuais de carbono, que podem ser dispostas em camadas para aumentar a resistência onde necessário. Uma bike de downhill Session terá 238 peças pré- moldadas, cada uma contendo entre duas e 12 camadas de material de carbono (seja unidirecional, em manta ou Hex-MC). É uma lista de corte bastante complexa. O carbono é um material maravilhoso, mas são necessárias boas práticas de engenharia para usá-lo direito. Sem a experiência certa você acabará produzindo estruturas que ou serão pesadas ou não terão a solidez necessária na estrutura.

Além desta complexidade, os moldes geralmente aumentam em tamanho à medida que os tamanhos dos quadros aumentam, e eles podem precisar de material adicional para resistir às cargas que os ciclista maiores aplicam às bicicletas. Mas mesmo as peças mais robustas de um quadro possuem uma espessura de parede de cerca de 1,5 milímetros.

Os verdadeiros artesãos da unidade de protótipos de carbono da Trek são Kelly Stone e Sue Moe, que somados, possuem 46 anos de experiência na modelagem de fibra de carbono. O material se parece um pouco com uma massa de “puxa-puxa” porque é pegajoso ao toque e maleável, e fica mais macio quando aquecido.

Como Kelly explica, ela só tem que pegar as mantas de carbono em suas mãos experientes para avaliar se ele está adequado para a finalidade pretendida.

“Você pode definitivamente ver a diferença entre os tipos de materiais e o que não está certo e se a resina contida, é suficiente ou demasiada. Os engenheiros sempre nos dizem qual disposição de camadas usar, os ingredientes para cada teste, mas após avaliação, podemos fazer peças adicionais para esta ou aquela finalidade, e testá-las."

Kelly e Sue conhecem o processo de cor e salteado; os tempos de resfriamento, as temperaturas ideais, o quanto se pode exigir do material. Elas podem dar feedbacks especializados a Jim e a seus engenheiros, sobre o que vai e o que não vai funcionar durante a disposição de camadas. Nem tudo é apenas ciência - a experiência é tudo na Trek. Eles já produziram e testaram tantos quadros que eles têm uma vantagem enorme no desenvolvimento de quadros, todos aqueles dados e informações.

O Sr. Plaid aplica um desmoldante num molde e insere uma pré-forma na cavidade. Ele fala enquanto continua as etapas seguintes. Dependendo do formato, canais de vazamento são adicionados e todo o lote é fechado e colocado nas prensas. Estas literalmente esmagam as fibras e definem o formato do material e, ao mesmo tempo, removem a resina em excesso.

O novo quadro da mountain bike de corridas de downhill Session possui 40 pré-formas individuais apenas em um braço oscilante. Da mesma forma que uma estilista pode usar o viés de um tecido para criar apenas um ajuste ou uma textura, o carbono é depositado no molde para criar os resultados mais resistentes (e mais leves). Dispor as camadas em um molde para uma única peça como um braço oscilante leva cerca de 10 minutos então, a ideia de que a produção de carbono em molde é mais rápida e mais fácil do que uma peça de alumínio usinada em CNC, está longe da realidade. Assim que todas as pecinhas são limpas e postas para resfriar, a etapa seguinte do processo pode começar.

No caso de uma Madone, a montagem dos componentes moldados num quadro de estrada é extremamente rápida. Uma cola epóxi é usada para unir as peças do triângulo traseiro, do movimento central e do triângulo dianteiro numa sequência de construção por etapas exclusiva, que cria articulações da mesma espessura do tubo adjacente, então não existe peso adicional ou diferença na qualidade de condução causado pelo conjunto. Todo o lote é então carregado em um gabarito para ser endurecido em um forno. Uma vez finalizado, o quadro pode ser inspecionado quanto ao alinhamento e enviado para a próxima etapa: adicionar o acabamento e a pintura, e ocultar todo o trabalho artesanal e a tecnologia, num mercado que exige cada vez mais por menos como Jim explica.

"Muitas vezes me perguntam: por que a Trek continua construindo quadros aqui quando toda a indústria se mudou para outros países, incluindo, para ser honesto, uma boa porcentagem de quadros Trek? Por que ainda temos esta fábrica? E minha resposta é sempre a mesma. Não se consegue construir produtos diferenciados e melhores quando não se entende completamente a ciência. E a única maneira de entender a forma como os quadros e as estruturas de carbono realmente funcionam é construí-las você mesmo. Ter os nossos engenheiros usinando moldes, dispondo as camadas de fibras de carbono, vendo as suas estruturas sendo criadas é crucial para o aprimoramento de nossos projetos. É muito caro construir produtos aqui nesta fábrica, mas eles são bem melhores por causa disso. Todos os nossos produtos são melhores porque sabemos como as coisas devem e podem ser construídas. E isso porque nós mesmos as fazemos. Não podemos esperar que alguém se adiante e nos mostre como fazê-las. Nós vamos liderar. Esse é o modo Trek desde que comecei aqui em 1990, e é a razão que me faz querer vir ao trabalho".

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