עם ידע אינטימי של סיבי פחמן, מהנדס החומרים המרוכבים הבכיר של Trek מילא חלק גדול ביצירת האופניים למה שהם היום
רוכב אופניים: איך התחלת ב-Trek?
Jim Colegrove: בשנת 1990 Trek רצה לבנות חלקים מרוכבים בתוך הבית לאחר התחלה הרסנית בשימוש בחברה נפרדת לבניית מסגרת ה-5000. זה היה עשוי ב-1988 ו-1989. כישלון נורא - קיבלנו כמעט כל אחד בחזרה. אנשי מפתח הבינו שסיבי פחמן הם העתיד, ואני נשכרתי לעזור להביא את הייצור למתקן הזה. באתי מחברת הנדסה קטנה בסולט לייק סיטי שעבדה עם לקוחות תעופה וחלל - בואינג, לוקהיד, נורת'רופ, חברות מסוג זה.רחוב ג'קסון היה המקום שבו התחיל טרק, שהיה אסם אדום במרכז העיר ווטרלו [וויסקונסין]. טרק התחילה להלחים שם מסגרות בשנת 1976. כעת הוא מכיל את המתקן לעיבוד כלי CNC כדי לחתוך את כל התבניות שבהן אנו משתמשים לייצור החלקים שלנו.
Cyc: האם תעשיות התעופה והחלל והצבא משתמשות בפחמן באיכות הרבה יותר גבוהה ממה שמשמש באופניים?
JC: החומר שבו משתמשים בתעשיות התעופה והחלל והביטחון כמעט זהה לחומר שבו משתמשות תעשיות הפנאי. מה שבדרך כלל חסר הוא אישור וגם אימות ייצור. אנו משתמשים בהרבה סיבים שונים, חלקם זהים לאלו המשמשים למטרות צבאיות וחלל מובילות. M60J, למשל, הוא סיבי Toray בעל מודול גבוה במיוחד. בפעם האחרונה שהסתכלתי, זה היה משהו מצפון ל-900 דולר לפאונד [כ-1,270 ליש"ט לקילו]. חלק מהחומרים המודולוסים הגבוהים והאולטרה-גבוהים הללו מסווגים כחומרים אסטרטגיים, וזה אומר שהם זמינים רק במדינות נאט"ו מסוימות כי אפשר לייצר מהם נשק.אנחנו משתמשים כמעט בכל הסיבים שיש בחוץ, בין אם זה Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. אתה שם את זה, אנחנו משתמשים בזה.
Cyc: מה מיוחד בדרך שבה טרק עושה דברים?
JC: אחד הדברים המרכזיים הוא האופן שבו אנו מוכיחים את התהליך. בכל פעם שאתה מכניס בן אדם לתערובת יש אפשרות לטעויות. כל המוצרים שלנו בחמש או שש השנים האחרונות עברו את מעבדת האימות שלנו, שהיא מעין מפעל מדומה. אנחנו מביאים את מומחי התיעוד שלנו שאומרים למפעילים שלנו מה הם הולכים לעשות. אנחנו מביאים את המפעילים האלה למעבדת האימות ומאמנים אותם כדי שיהיה לנו מעבר חלק. אנחנו מנסים לפתח דברים בצורה שתעבור היטב לייצור. כי כשאתה מוציא דברים מסביבת מעבדה ולייצור תמיד יש תקלות קטנות - דברים שלא חשבת עליהם.
Cyc: איך אתה מלהטט בין דרישות העיצוב והמחקר בארצות הברית תוך כדי ביצוע חלק גדול מההפקה שלך במזרח הרחוק?
JC: מה שלדעתי הוא באמת המפתח הוא שמה שנלמד כאן מופץ לשותפים האסייתים שלנו. אחד הדברים שאני מרגיש שמייחדים אותנו הוא העובדה שאנחנו שקועים עמוק בייצור. אנחנו בונים את כל אופני Project One בוויסקונסין, ואנחנו יודעים שהמפעל יקר, אבל אם לא נעשה את זה כאן, נאבד את הקשר הישיר הזה לבניית המוצר. אנחנו יכולים לעצב מסגרת יפה ולשלוח אותה למישהו, אבל אין לנו מושג אם מה שתכננו ניתן לבנייה ואם ניתן לבנות אותו בצורה טובה וייחודית.
Cyc: כיצד האופי המרוכב של סיבי פחמן משפיע על עיצוב המסגרת?
JC: יש סוג של תיאוריית 'אלומיניום שחור' שבה מעצבים מתייחסים לפחמן כאילו הוא מתכת איזוטרופית רגילה. אז, חלק מה-FEA [ניתוח אלמנטים סופיים] המשמשים בעיצוב אופניים נעשה על ידי הזנת אלומיניום כחומר ועיצוב הצינורות אך ורק על ההשפעה של עובי דופן מסוים.זה לא FEA מרוכב נכון. זה בסדר לקבל מוצר מקובל, אבל אם אנחנו רוצים להצביע על סוג ביצועי הנסיעה שאנחנו רודפים אחריו בראש, אנחנו צריכים לעשות דברים כמו שצריך. בעיצוב שלנו אתה יכול לראות את מספר הרבדים והיכן שמנו אותם, וכל זה מונע על ידי הניתוח שלנו.
Cyc: כיצד השפיעה המגמה לשיפור האווירודינמיקה על הדרך שבה אתה ניגש לעיצוב?
JC: האווירודינמיקה באמת גרמה לנו לדילמה. צורות של צינורות אירו נוטות לדרוש שטחי פנים גדולים יותר, ובכל פעם שאתה מוסיף יותר שטח פנים לכל חלק יש יותר משקל, נכון? כמו כן, או שזה כל כך קשה לרוכב כי זה קטע כל כך גבוה, או שהוא כל כך צר שהאופניים נמצאים בכל מקום [בגלל פלקס לרוחב]. זה המקום שבו הניתוח שלנו באמת נכנס לתמונה. קודם כל אנחנו מנתחים את הצורה מנקודת מבט אווירודינמית, ואז ברגע שאנחנו יודעים שיש לנו צורה אווירודינמית מסוימת, אז אנחנו מתחילים לחבר אותה ל-FEA.אם השניים האלה לא ישחקו יחד אז אנחנו צריכים להוסיף חומר כדי לעמוד באווירודינמיקה, אבל אז האופניים יהיו כבדים מדי - זה לא יהיה מקובל. אז אנחנו כל הזמן מתכנסים לפתרון הטוב ביותר.
Cyc: אופני סיבי פחמן הם חצי סיבי פחמן וחצי שרף. כמה חשוב השרף?
JC: מאוד. אנחנו לא מדברים הרבה על זה, אבל אנחנו כל הזמן עובדים עם שרפים שונים. זה חומר מרוכב - סיבי פחמן עושים את העבודה ושרף האפוקסי מחזיק את הסיבים במקומם. אז אם השרף לא עושה את העבודה שלו ומחזיק את הסיבים במקומם, אתה לא הולך להוציא שום ביצועים אמיתיים מהסיבים. יצרנו קשר חזק יותר עם [יצרנית סיבי פחמן] Hexcel מכיוון שיש לו מגוון רחב של שרפים בעלי תכונות ייחודיות ומיוחדות. הבעיה היא שזה מסבך עוד יותר מושג מסובך כבר. יש כל כך הרבה ז'רגון שמרחף מסביב - האם זה T700 או T800 או IM7 או IM8, מה המודולים, החוזק וההתארכות? זה מספיק מבלבל בלי להיכנס לשרפים.
Cyc: לפחמן יש לפעמים מוניטין רע של חיים מוגבלים. האם זה נכון?
JC: נראה שאנשים מודאגים מסיבי פחמן כי זה לא ידוע. אנשים גדלו עם פלדה ואלומיניום. לכל חומר יש חיי עייפות. קח אטב פלדה וכופף אותו מאה פעמים הוא כנראה ישבר. עשה את אותו הדבר עם אלומיניום, וכנראה שהוא יישבר תוך חצי מהזמן כי אלומיניום לא טוב בעייפות כמו פלדה. לחומרים מרוכבים, באופן כללי, יש חיי עייפות אינסופיים. אבל זה תלוי בשימוש בסיבי פחמן, בשימוש בשרף ובמידת העיבוד שלו. במילים אחרות, האם יש הרבה חללים בלמינציה? כי חללים יהרגו חומר מרוכב מהר מאוד. זה היה נפוץ לפני שנים, אבל כבר לא. כאן, שוב, שליטה מלאה בחומרים, בתהליך והנדסה משחקת תפקיד חשוב. אם תשתלט על כל זה, נוכל לומר באופן סופי שאופניים שאתה קונה היום, אתה יכול לרכוב כל החיים שלך, והם לא יתכלו במהלך החיים.
Cyc: האם אתה מחפש חומרים חדשים ויוצאי דופן?
JC: אנחנו תמיד מחפשים צורות חומריות חדשות. גרפן הוא אחד מאלה, אבל הוא עדיין בפיתוח. יש יצרנים של טסיות ננו-גרפן, אז אתה יכול להשיג את זה כבר, אבל זה מאוד יקר. הדבר הגדול ביותר עבורנו הוא שאם לא נוכל לראות תועלת בחומר המרוכב, אנחנו לא נמכרים לגמרי. אם נוכל למצוא דרך להשיג צינורות גרפן או סיבי פחמן כדי ליצור את המיתרים הארוכים כמו שיש לנו עבור סיבי הפחמן הנוכחיים, אלוהים, הקשיחות, החוזק, המשקל יהיו בלתי ייאמן.
Trek.com