เคยสงสัยไหมว่า เมื่อคุณมองดูจักรยานของคุณ มีอะไรอยู่ข้างใต้สีเหล่านั้น? กาลครั้งหนึ่ง จะมีแค่สติ๊กเกอร์บนท่อที่ช่วยรับรองที่มาของท่อโลหะที่ผู้ผลิตเลือกใช้ อาจจะเป็น Reynolds หรือ Columbus โดยสีจะทาทับไปทำให้ไม่เห็นงานฝีมือที่ใช้เวลาหลายชั่วโมงในการรังสรรค์

ปัจจุบันนี้ คุณไม่ต้องเดาก็คงรู้ว่าจักรยานคาร์บอนไฟเบอร์ของ Trek มีงานฝีมือที่ซ่อนอยู่เช่นเดียวกับบรรพบุรุษของมัน จักรยานถูกออกแบบตามดีไซน์ที่ทำในคอมพิวเตอร์ ประเมินพลศาสตร์ของไหลและวิเคราะห์ข้อจำกัด ผลลัพธ์ก็ปรากฎออกมาทันทีผ่านเครื่องจักร

กระบวนการผลิตจักรยานคาร์บอนที่ Trek สำนักงานใหญ่ใน Waterloo เปลี่ยนไปในแต่ละปี จากการเชื่อมท่อคาร์บอนพรีฟอร์มกับห่วงอะลูมินัมในปี 1988 ไปถึงขั้นตอนเริ่มต้นจากศูนย์ที่รวมชิ้นส่วนหลากหลายเข้ากับวัสดุคาร์บอนนานาแบบเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นสุดยอดของงานวิศวกรรม

ถึงแม้ว่าจะเป็นเทคโนโลยีอากาศยาน แต่จริง ๆ จักรยานก็ยังถูกสร้างจากแผ่นคาร์บอนแบน ๆ และประกอบขึ้นด้วยมือ ไม่มีผู้ผลิตท่อหรือห่วงที่เป็นบุคคลที่สามเข้ามาเกี่ยวข้อง และอาจจะฟังดูน่าฉงนแต่ตอนนี้ Trek กำลังสร้างจักรยานโดยใช้มือคนทำมากกว่าที่เคยเป็นมา

เราจะไม่แค่พูดถึงเกี่ยวกับการอัดขึ้นรูปคาร์บอนใส่แม่พิมพ์เยลลี่กับยางอีพ็อกซี่ เพราะชุดชิ้นส่วนโลหะเป็นจุดเริ่มต้นของกระบวนการ ชิ้นส่วนโลหะสั่งทำสำหรับ Trek ถูกสร้างโดยทีมวิศวกรนำโดย Jay Thrane โรงผลิตชิ้นส่วนขยายตัวออกมาจากโรงนาสีแดงดั้งเดิมของ Trek ใน Waterloo ที่ซึ่ง Dick Burke และ Bevil Hogg เริ่มบริษัทของพวกเขาที่นั่น และผลิตจักรยานโลหะหลายพันคันออกมาสมัยยุค 70 ตอนนี้ในโรงนาเก่านั้น ชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นเพื่อช่วยในการสร้างเฟรมคาร์บอนหลายพันชิ้น ชิ้นส่วนแต่ละอันสร้างมาจากอะลูมินัมหรือโลหะก้อนแข็ง แล้วแต่จะเอาไปใช้ทำอะไร และผ่านเครื่อง CNC ซึ่งถูกติดตั้งไว้ที่นั่นให้ออกมาเป็นส่วนประกอบที่มีรูปทรงตามที่ต้องการ แล้วขั้นตอนที่ยากก็เริ่มขึ้น เมื่อเฟรมถูกขึ้นเป็นรูปที่มีความซับซ้อนมากขึ้น ชิ้นส่วนก็มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วย ในตอนเริ่มต้นโรงตัดชิ้นส่วนผลิตชิ้นส่วนได้ห้าชุดต่อสัปดาห์ ในตอนนี้แม้จะมีเครื่องจักรมากขึ้นและทำงานตลอด 24 ชั่วโมง พวกเขายังทำได้หนึ่งหรือสองชุดต่อวันเพราะความซับซ้อนของดีไซน์ใหม่

พื้นผิวของชิ้นส่วนจะสัมผัสกับคาร์บอนจึงต้องถูกเกลาด้วยมือและขัดเงาจนได้ผิวกระจก ชิ้นส่วนถูกนำไปชุบ (เพื่อยืดอายุการใช้งาน) และต่อเข้ากับบานพับ สปริง และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง ต้องใช้วิศวกรชำนาญการอย่าง Bill Frix ซึ่งเคยเป็นช่างเชื่อมและผู้ดูแลการวางคาร์บอนที่ Trek อย่างน้อยครึ่งวันเต็ม ๆ ในการเตรียมชิ้นส่วนหนึ่งชุด เฟรมแต่ละขนาดต้องมีชิ้นส่วนประกอบหกชุดจึงจะเป็นเฟรมเซ็ตที่สมบูรณ์ ทุกส่วนของชิ้นส่วนโลหะอันซับซ้อนนี้ต้องประกอบเข้ากันอย่างสมบูรณ์แบบ และใส่พรีฟอร์มลงไป (ชิ้นส่วนที่ขึ้นเป็นโครงสร้างที่ด้านใน) โดยต้องใส่เข้าไปได้พอดีไม่มีช่องว่างมิฉะนั้นจะเกิดปัญหาในขั้นตอนประกอบ ตามที่ Jay อธิบาย ความร้อนและแรงดันทำให้ส่วนของยางอีพ็อกซี่ของคาร์บอนหลอมละลาย ดังนั้นหากคุณมีรอยแยกอยู่แม้เพียงเล็กน้อยจะมีบางอย่างเข้าไปติด พูดง่าย ๆ คือ เมื่อเราเร่งความร้อนขึ้น ยางจะกลายเป็นน้ำกาแฟ ดังนั้นชิ้นส่วนจึงต้องสมบูรณ์แบบมาตั้งแต่ต้น

เมื่อชิ้นส่วนถูกส่งเป็นระยะทางประมาณหนึ่งไมล์มาถึงแล็บคาร์บอน วัตถุมหัศจรรย์สีดำจึงถูกตัดและเก็บได้ นอกจากเรื่องวิศวกรรม ขั้นตอนเกี่ยวกับการประกอบเฟรมคาร์บอนมีหลายส่วนที่คล้ายกับการตัดเย็บเสื้อผ้า ในความเป็นจริง เมื่อกระบวนการดำเนินไป มันคล้ายกับศิลปะในการตัดเย็บมากกว่าการสร้างเฟรมโลหะจากท่อและห่วงแบบดั้งเดิม

Jim Colegrove วิศวกรผลิตชิ้นส่วน อธิบายว่า “เรามีซอฟต์แวร์ที่ล้ำสมัยมาก อย่างแรก เราใช้ CAD และสร้างรูป 3D ของเฟรมขึ้นมา ผมสามารถแยกส่วนนี้แบ่งออกตามตำแหน่งของมันแล้วรวมมันเข้าเป็นรูปร่างสุดท้าย เป็นแพทเทิร์นที่ผมสามารถใส่กลับไปที่แม่พิมพ์และผมรู้ว่ามันออกมาเป็นรูปร่างได้พอดี เราเรียกแพทเทิร์นนี้ว่าพรีฟอร์มเรียบ ซึ่งจะถูกตัดบนโต๊ะตัด CNC ของเรา”

พรีฟอร์มเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความแข็งแรงในบริเวณที่ต้องการและลดน้ำหนักให้กับส่วนที่ไม่จำเป็น ซึ่งวิศวกรเลือกประเภทวัสดุที่เหมาะสมให้กับแต่ละรูปทรงและการใช้งาน Hexcel ผู้เชี่ยวชาญคาร์บอนเป็นผู้ผลิตวัสดุคาร์บอนของ Trek ที่ Waterloo และได้ปฏิบัติหน้าที่นี้มานานเกือบ 25 ปี นี่เป็นคาร์บอนไฟเบอร์ที่ถูกผลิตในสหรัฐอเมริกาทั้งหมด ถูกส่งมาจากSalt Lake City, Utah มีความแข็งตั้งแต่มาตรฐาน ปานกลาง สูง และสูงมาก อาจเป็นแผ่นหรือแผ่นทอทิศทางเดียวก็ได้แล้วแต่การใช้งานที่ต้องการ

Jim อดีตวิศวกรอากาศยานอธิบายคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของมันไว้ว่า

“เราใช้แผ่นคาร์บอนลายตารางแบบมาตรฐานทั่วไปในบริเวณที่ต้องรับแรงกดหรือแรงกระแทกสูงเพราะแผ่นมีคุณสมบัติเฉพาะตัว คิดเสียว่าเหมือนไนลอนแบบริปสต็อป คือ มันจะทนต่อความเสียหายได้มากกว่า นอกจากนี้มันยังเกาะกันได้มากกว่าในรูปแบบของพื้นผิวที่แน่น ส่วนแบบทอทิศทางเดียวก็มีลักษณะสมชื่อ ไฟเบอร์ที่ทอไปในทิศทางเดียวกัน ซึ่งก็มีความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับไฟเบอร์ด้วยกัน แต่เอาไปทำรูปร่างที่ซับซ้อนได้ยากกว่า แต่ละวัสดุมีจุดเด่นและจุดอ่อน ซึ่งต้องใช้ประสบการณ์และวิศวกรรมในการสร้างโครงสร้างที่มีความเหมาะสม

ตัวอย่างเช่น Hex-MC เป็นวัสดุที่มีลักษณะเฉพาะตัวของไฟเบอร์ที่ถูกหั่นมาเป็นชิ้นสั้น ๆ มันถูกจัดวางลงบนแผ่นได้หลากหลายแบบมาก ๆ เพื่อให้เป็นไปตามแบบที่วางไว้ เราสามารถขึ้นรูปมันเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพเพราะมันไม่ได้เป็นไฟเบอร์แผ่นยาว แต่มันก็ไม่มีความแข็งแรงหรือเหนียวแบบที่ทอทิศทางเดียวหรือแบบที่เป็นแผ่นมี เพื่อให้เห็นภาพชัดเจน ลองดูลูกปืนกะโหลกกลาง มันต้องเจอแรงบิดงอปริมาณมากจากท่อด้านหน้าและจากที่นักปั่นใส่เข้ามา ดังนั้นมันจึงต้องการทั้งความเหนียวและความแข็งแรง เราจึงใส่เส้นวัสดุที่มีโครงสร้างระดับแข็งแรงหรือแข็งแรงมากเข้ามาในบริเวณนี้โดยเฉพาะเพื่อให้มันทำงานได้อย่างที่เราต้องการ

เมื่อมองที่เฟรมคาร์บอน มันง่ายที่จะคิดว่ามันถูกสร้างขึ้นเหมือนเครื่องบินของเล่นพลาสติก แต่มันเป็นอะไรที่ซับซ้อนกว่านั้น เฟรมสำหรับแล่นบนถนนของ Madone มีพรีฟอร์มหรือแผ่นคาร์บอนชิ้นเดียว ประมาณ 180 ชิ้น ซึ่งสามารถถูกซ้อนทับกันเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในบริเวณที่ต้องการได้ จักรยานไต่เขา Session มีพรีฟอร์ม 238 ชิ้น วัสดุคาร์บอนแต่ละชิ้นถูกซ้อนตั้งแต่สองถึง 12 ชั้น (ทั้งที่ทอทิศทางเดียว เป็นแผ่น หรือ Hex-MC) นั่นเป็นรายการงานสั่งทำที่ซับซ้อนมาก คาร์บอนเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยม แต่จะใช้งานได้ต้องมีวิศวกรรมที่ถูกต้อง หากไม่มีความเชี่ยวชาญที่เหมาะสม คุณจะได้โครงสร้างที่หนักหรือไม่แข็งแรง

มันซับซ้อนขึ้นไปอีก เมื่อขนาดพรีฟอร์มแต่ชิ้นต้องใหญ่ขึ้นตามขนาดของเฟรมที่เพิ่มขึ้น และมันอาจต้องการวัสดุเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถรับน้ำหนักของนักปั่นที่ตัวใหญ่ขึ้นที่จะกดลงมาบนจักรยาน แม้แต่ส่วนที่ถูกเสริมมาอย่างแน่นหนาที่สุดของเฟรมก็ยังมีผนังที่หนาประมาณ 1.5 มิลลิเมตรเท่านั้น

ศิลปินตัวจริงประจำศูนย์ผลิตต้นแบบคาร์บอนของ Trek คือ Kelly Stone และ Sue Moe ผู้ซึ่งมีประสบการณ์ร่วมกัน 50 ปีในการขึ้นรูปคาร์บอนไฟเบอร์ วัสดุที่เหมือนกับแผ่นขนมหวาน สภาพเหนียวติดมือ งอได้ และนิ่มลงได้เมื่อถูกอุ่น

Kelly บอกว่า เธอแค่ต้องวางแผ่นคาร์บอนไว้บนมือที่มากประสบการณ์มาของเธอเพื่อประเมินว่ามันจะใช้งานได้ตามวัตถุประสงค์หรือไม่

“คุณจะบอกความแตกต่างได้ทันทีว่าอันไหนใช้เป็นวัสดุได้และอันไหนไม่ได้ ไปจนถึงว่ามันถูกเคลือบมามากหรือน้อยเกินไป วิศวกรบอกวิธีใช้ให้กับเราล่วงหน้าเสมอ ทั้งวัตถุดิบสำหรับการทดสอบแต่ละอย่าง แต่หลังการประเมิน เราสามารถทำชิ้นส่วนเพิ่มสำหรับตรงนั้นตรงนี้ได้ แล้วเอาไปทดสอบ”

Kelly และ Sue รู้ขั้นตอนอย่างทะลุปรุโปร่ง ทั้งเวลาในการเย็นตัว อุณหภูมิที่เหมาะสม หรือคุณเปลี่ยนแปลงวัสดุได้แค่ไหน Trek รู้ดีว่าวิศวกรต้องลองใช้งานด้วยตัวเองด้วย ไม่ว่าคอมพิวเตอร์จะบอกอย่างไร แต่การประเมินหลังการใช้ถึงจะเป็นการทดสอบที่แท้จริง และ Jim มีความสุขที่จะสวมถุงมือแล้วแสดงให้เราเห็นว่าต้องทำยังไง เขาอาจจะช้ากว่า Kelly และ Sue แต่อย่างที่หลายคนเรียกเขาด้วยความเอ็นดูว่าคุณ Plaid นั้นเขาสามารถช่วยทดสอบได้แทบทุกอย่าง พวกเขาสามารถให้ความคิดเห็นผ่านประสบการณ์แก่ Jim และวิศวกรของเขา และบอกได้ตั้งแต่ช่วงเตรียมพร้อมว่าอะไรจะใช้งานได้และไม่ได้ หลายสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่ไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ ประสบการณ์คือทุกสิ่งทุกอย่างสำหรับ Trek พวกเขาผลิตและทดสอบเฟรมมามากมาย ทำให้พวกเขามีข้อมูลมากมายเป็นแต้มต่อในการพัฒนาเฟรม

คุณ Plaid ราดโลหะเหลวลงในแม่พิมพ์และวางพรีฟอร์มลงในช่องว่าง เขาอธิบายขั้นตอนต่อไปให้กับเรา ในขั้นตอนการขึ้นรูป จะเพิ่มยางเข้าไปแล้วทั้งหมดจะถูกปิดและใส่เข้าไปในแป้นพิมพ์ สิ่งนี้อัดไฟเบอร์แล้วขึ้นวัสดุเป็นรูปร่างพร้อมกับเอาสารเคลือบส่วนเกินออกไป

เฟรมจักรยานแข่งขันไต่เขา Session รุ่นใหม่ มีพรีฟอร์ม 40 ชิ้นในโรคเกอร์อาร์มเพียงข้างเดียว เช่นเดียวกับที่ช่างตัดเย็บเสื้อผ้าใช้ความย้วยของเส้นใยในการสร้างขนาดหรือผิวสัมผัสที่พอดี คาร์บอนถูกวางใส่แม่พิมพ์เพื่อสร้างผลลัพธ์ที่แข็งแรงและน้ำหนักเบาที่สุด การวางแม่พิมพ์สำหรับวัตถุชิ้นเดี่ยวแบบสวิงอาร์ม ใช้เวลาประมาณ 10 นาที ดังนั้นความคิดที่ว่าคาร์บอนขึ้นรูปจากแม่พิมพ์จะทำพิมพ์ได้ง่ายและเร็วกว่าอะไหล่อะลูมินัมจากเครื่อง CNC จึงไม่เป็นความจริงเลย เมื่อทุกส่วนได้รับการทำความสะอาดและทิ้งไว้ให้เย็น ขั้นตอนต่อไปของกระบวนการผลิตจึงเริ่มขึ้น

ในกรณีของ Madone การประกอบส่วนประกอบที่ถูกขึ้นรูปมาให้กลายเป็นเฟรมเสือหมอบนั้นเร็วอย่างน่าประทับใจ กาวอีพ็อกซี่ถูกใช้ในการยึดชิ้นส่วนเดี่ยว ๆ เข้าด้วยกัน ลูกปืนกะโหลกกลางและชิ้นส่วนสามเหลี่ยมด้านหน้ากับดีไซน์ Step Joint มีสิทธิบัตรซึ่งสร้างข้อต่อที่มีความหนาเดียวกันกับท่อเชื่อมติดกัน ทำให้ไม่มีน้ำหนักเพิ่มหรือเกิดความแตกต่างของคุณภาพในการขับขี่จากข้อต่อ ชิ้นส่วนทั้งหมดถูกบรรจุใส่ตัวยึดเพื่อถูกอบร้อนในเตา เมื่อขึ้นรูปสำเร็จ เฟรมจะได้รับการตรวจสอบว่ามีขนาดและรูปร่างตามที่กำหนดก่อนจะส่งไปยังขั้นต่อไป คือ ตกแต่งและลงสีทับงานฝีมือและเทคโนโลยีเพื่อขายในตลาดที่ต้องการสินค้าที่คุ้มค่าคุ้มราคา ตามที่ Jim กล่าว

“ผมมักถูกถามว่าทำไม Trek ถึงยังสร้างเฟรมที่นี่ ? ทั้งที่ตอนนี้ทั้งอุตสาหกรรมย้ายออกไปต่างประเทศกันหมดแล้ว ซึ่งอันที่จริงก็มีเฟรมของ Trek จำนวนมากที่ผลิตในต่างประเทศเช่นกัน แล้วเราจะเก็บโรงงานนี้ไว้ทำไม ? ซึ่งคำตอบของผมก็เหมือนเดิมเสมอ คุณสร้างสินค้าที่แตกต่าง สินค้าที่ดีกว่าไม่ได้ ถ้าคุณไม่เข้าใจวิทยาศาสตร์โดยสมบูรณ์ และวิธีเดียวที่จะเข้าใจว่าเฟรมและโครงสร้างคาร์บอนทำงานอย่างไรจริง ๆ นั่นคือการสร้างมันด้วยตัวเอง ให้วิศวกรของเราตัดชิ้นส่วนโลหะ ใส่คาร์บอนลงไป ดูโครงสร้างของมันมีชีวิตขึ้นมาเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยพัฒนาดีไซน์ไปข้างหน้า มีค่าใช้จ่ายสูงมากในการผลิตสิ่งต่าง ๆ ที่นี่ แต่สินค้าออกมาดีขึ้นได้ก็เพราะทำแบบนี้ ผลิตภัณฑ์ทุกชิ้นของเราดีขึ้นเพราะเรารู้ว่าสิ่งต่าง ๆ สามารถถูกผลิตและควรถูกผลิตได้อย่างไร และนั่นก็เพราะเราผลิตมันด้วยตัวเอง เรารอให้คนอื่นทำไปก่อนแล้วมาแสดงให้เราดูไม่ได้ เราต้องเป็นผู้นำ นี่เป็นวิถีของ Trek มาตั้งแต่ตอนที่ผมเริ่มทำงานที่นี่ในปี 1990 และเป็นเหตุผลที่ผมมาทำงาน”