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Sotto la vernice

Saperne di più

Quando guardate la vostra bici, vi siete mai chiesti cosa si nasconde sotto la vernice? Una volta, un semplice adesivo sanciva il pedigree dei tubi di acciaio usati dal costruttore - Reynolds o Columbus forse - mentre la vernice nascondeva l'investimento in ore di lavoro artigianale.

Oggi, anche le biciclette in fibra di carbonio di Trek condividono con le loro antenate in acciaio un paziente lavoro artigianale, ma non quello che si potrebbe pensare. Le bici sono infatti concepite su progetti generati dal computer, valutate in termini fluido-dinamici e accuratamente analizzate: le forme risultanti non mostrano alcuna discontinuità, come fossero state realizzate a macchina.

Nel corso degli anni, il processo di produzione presso la sede Trek di Waterloo è cambiato radicalmente, passando dall'incollaggio di semplici tubi preformati in carbonio sulle alette di alluminio del 1988, ad un processo di crescita dal basso che combina più stampi realizzati con materiali in carbonio di varia natura e che permette di dare vita a un prodotto completamente adattabile e magistralmente costruito.

Anche a dispetto della tecnologia aerospaziale, le bici sono costruite completamente a mano partendo da un foglio in tessuto di carbonio. Nel processo non sono coinvolti tubi o giunti di produttori terzi: paradossalmente, ciò che esce oggi da Trek, è una bicicletta costruita molto più manualmente di quanto non lo fosse in passato.

Benché il processo inizi dagli stampi, non stiamo semplicemente parlando di ricavare delle forme in carbonio premendo insieme una gelatina e qualche resina epossidica. Gli stampi personalizzati Trek sono realizzati da un team di ingegneri gestito da Jay Thrane. L'impianto dove vengono prodotti gli stampi è stato ricavato nel fienile rosso di Trek a Waterloo, lo stesso dove Dick Burke e Bevil Hogg hanno iniziato la loro avventura, e dove negli anni '70 sono state costruite migliaia di biciclette in acciaio. Ora, nel vecchio fienile nascono gli stampi che contribuiscono a produrre migliaia di telai in carbonio. Ciascuno di questi stampi esce da un blocco solido di alluminio o acciaio, a seconda dell'applicazione, lavorato in loco con macchine CNC per ricavare la forma del componente desiderato. Poi inizia la parte più difficile. Seguendo l'evoluzione dei telai verso forme sempre più complesse, anche gli stampi stanno diventando sempre più complicati. All'inizio, la struttura sfornava cinque stampi a settimana. Ora, nonostante le nuove macchine e i turni su 24 ore, ne vengono gestiti solo uno o due, tale è la complessità dei disegni.

Una volta che gli stampati hanno percorso il miglio a ovest, verso il laboratorio dedicato al carbonio, il magico elemento nero può essere tagliato e selezionato. Ingegneria a parte, il processo alla base della costruzione di un telaio in carbonio ha molto in comune con la confezione di un vestito. Infatti, proseguendo, la lavorazione richiama probabilmente più l'arte della sarta che il modo tradizionale di costruire un telaio in acciaio partendo da tubi e alette.

Jim Colegrove, tecnico di produzione ed esperto di compositi, spiega: "Abbiamo alcuni software molto avanzati. In primo luogo, usiamo dei CAD per realizzare la forma 3D del telaio. Posso dividere le parti in regioni specifiche e poi appiattirle secondo una forma precisa, un modello perfetto che posso rimettere nello stampo e che so che si adatterà esattamente al profilo. Questo modello, che noi chiamiamo 'preforma piatta', viene ritagliato sul nostro tavolo CNC".

Le preforme sono la chiave per inserire della forza dove serve e per risparmiare peso dove non è necessario: gli ingegneri selezionano il tipo giusto di materiale per ogni profilo e per ogni applicazione. Da quasi 25 anni, tutto il carbonio per Waterloo viene prodotto dagli specialisti della Hexcel. È tutta fibra di carbonio made USA proveniente da Salt Lake City, Utah, fornito in modulo standard, modulo intermedio, alto modulo, o ultra-alto modulo. Può essere tessuto o unidirezionale, a seconda dell'uso previsto.

L'ex ingegnere aerospaziale, Jim spiega le rispettive proprietà.

Usiamo il tessuto - la normale struttura in carbonio a scacchiera - in specifiche aree ad alto stress o esposte a forti impatti. Il tessuto infatti ha una proprietà unica. Pensatelo un po' come fosse un nylon antitaglio, molto più resistente ai danni. Questo tessuto è anche molto più conformabile su profili con superfici spigolose. Il termine unidirezionale indica proprio le fibre che corrono in una direzione. L'unidirezionale è flessibile secondo il piano delle fibre, ma rende abbastanza difficile seguire le forme più complesse. Ogni materiale ha punti di forza e di debolezza, e ci vogliono esperienza e tecnica per ottenere strutture costruite in modo ottimale."

Ad esempio, l'Hex-MC è un materiale unico, costituito da fibre tagliate più corte che vengono sparse su un foglio secondo uno schema molto casuale, che simula una sovrapposizione. L'assenza di fibre lunghe e continue permette di modellare il materiale in modo molto efficace secondo forme complesse, senza però la forza o la rigidezza del monodirezionale o del tessuto. Per un confronto, consideriamo il movimento centrale. Qui abbiamo molte torsioni e flessioni a causa del carico del tubo di sterzo e della spinta del ciclista, perciò è necessaria sia elevata rigidità sia alta resistenza. Così, per aiutarci, in queste zone specifiche aggiungiamo delle piccole strisce di materiale ad alto o ultra-alto modulo.

Guardando un telaio in carbonio, è facile pensare che sia costruito come un modellino di aereo in plastica: in realtà si tratta di una struttura molto complessa. Un telaio da strada Madone può arrivare ad avere circa 180 preforme, singoli elementi in foglio di carbonio che vengono applicati per aumentare la robustezza laddove necessario. Una bici Session da discesa ha 238 preforme, ciascuna delle quali prevede tra due e dodici strati di materiale in carbonio (unidirezionale, tessuto o Hex-MC). Questo comporta una lista di taglio complessa. Il carbonio è un materiale meraviglioso, ma ci vuole una buona tecnica per gestirlo bene. Senza la giusta esperienza si finisce per realizzare strutture che sono o pesanti o non adeguate.

A questa complessità si aggiunge il fatto che le preforme, in genere, crescono di dimensioni man mano che la taglia del telaio aumenta, e che possono avere bisogno di materiale aggiuntivo per gestire i carichi che i ciclisti più grossi applicano al mezzo. Anche le parti più rinforzate di un telaio hanno però una parete che rientra in un range di spessore intorno agli 1,5 mm."

Le vere artigiane della struttura di prototipazione carbonio di Trek sono Kelly Stone e Sue Moe: in due hanno 46 anni di esperienza nel plasmare la fibra di carbonio. Il materiale è come un foglio di caramello, nel senso che è appiccicoso al tatto e pieghevole, e si ammorbidisce quando riscaldato.

Come spiega Kelly, è sufficiente che prenda nelle sue mani esperte il foglio di carbonio per capire se è adatto allo scopo.

È sicuramente possibile capire la differenza tra i tipi di materiali, cosa non va, e se c'è abbastanza o troppa resina. Gli ingegneri ci indicano sempre gli strati da utilizzare e gli ingredienti per ogni test, ma dopo la valutazione possiamo realizzare qua e là dei pezzi extra e poi provarli"."

Kelly e Sue conoscono il processo dentro e fuori, i tempi di raffreddamento, le temperature ideali, fino a che punto è possibile spingere il materiale. Possono dare un feedback tutto d'esperienza per Jim e i suoi ingegneri su ciò che funzionerà e non funzionerà durante la laminazione. Molto di questo non è solo scienza: l'esperienza è tutto in Trek. Loro hanno prodotto e testato così tanti telai da avere un enorme vantaggio iniziale anche nello sviluppo: tutto questo conta.

Mr. Plaid spalma la resina intorno a uno stampo e inserisce una preforma nella cavità. Ci parla dei passi successivi. A seconda della forma, vengono aggiunte delle camere, quindi tutto l'insieme è bloccato e inserito nelle presse. Queste letteralmente schiacciano le fibre e fissano il materiale nella forma, rimuovendo contemporaneamente la resina in eccesso.

Il telaio da competizione della nuova mountain bike Session da downhill ha 40 preforme individuali solo nel bilanciere. Nello stesso modo in cui una sarta potrebbe utilizzare il verso di un tessuto per creare la misura o la trama giusta, il carbonio viene tenuto fermo nello stampo per ottenere gli elementi più resistenti (e più leggeri). La fase di laminazione in uno stampo per un singolo pezzo come un forcellone può durare circa 10 minuti, quindi l'idea che il carbonio stampato sia più veloce e più facile da produrre rispetto all'alluminio lavorato CNC non è assolutamente vera. Una volta che tutti gli elementi sono stati puliti e messi a raffreddare, può iniziare la fase successiva del processo.

Nel caso di una Madone, l'assemblaggio dei componenti stampati in un telaio da strada è abbastanza rapido. Per collegare i singoli tubi, il movimento centrale e i pezzi del triangolo anteriore viene utilizzata della colla epossidica e un sistema di Step Joint" proprietario che crea delle congiunzioni dello stesso spessore dei tubi contigui, senza alcun peso aggiuntivo o differenza nella qualità di guida da addebitare al giunto. L'intero lotto viene quindi caricato su uno stand portapezzi per la cottura d'indurimento in forno. Una volta pronto, il telaio può essere controllato per l'allineamento e inviato alla fase successiva: la finitura e la verniciatura, due passaggi che celano tutto il lavoro artigianale e la tecnologia, per un mercato che - come spiega Jim - chiede sempre di più per meno."

Spesso mi domandano: perché Trek continua a costruire telai qui quando l'intero settore (tra cui, ad essere onesti, anche Trek con una buona percentuale di telai) si è spostato all'estero? Perché avete ancora questa fabbrica? La mia risposta è sempre la stessa. Non è possibile costruire prodotti diversi, prodotti migliori, quando non si padroneggia completamente la materia. E l'unico sistema per capire il modo in cui telai e strutture in carbonio funzionano davvero è quello di costruirli da soli. Avere dei nostri ingegneri che tagliano gli stampati, posano il carbonio, vedono le loro strutture prendere vita, è fondamentale per l'evoluzione dei progetti. Costruire in questa fabbrica è molto costoso, ma grazie ad essa i prodotti sono decisamente migliori. Tutti i nostri prodotti sono migliori, perché sappiamo come devono e possono essere costruiti. E questo perché lo facciamo noi. Non possiamo aspettarci che qualcun altro faccia partire il tassametro e ci mostri come farlo. Dobbiamo metterci davanti. Questo è il modo in cui Trek lavora da quando ho iniziato qui, nel 1990, e questo è il motivo per cui ogni mattina vengo a lavorare"."

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