با دانش نزدیک از فیبر کربن، مهندس ارشد کامپوزیت Trek نقش مهمی در ساختن دوچرخه ها به آنچه امروز هستند ایفا کرده است
دوچرخه سوار: چگونه در Trek شروع کردید؟
Jim Colegrove: در سال 1990 Trek قصد داشت قطعات کامپوزیتی را در داخل خود بسازد، پس از شروع فاجعه‌بار با استفاده از یک شرکت جداگانه برای ساخت قاب 5000. این یک قطعه در سال های 1988 و 1989 ساخته شده بود. شکست وحشتناک - ما تقریباً همه را پس گرفتیم. افراد کلیدی متوجه شدند که فیبر کربن آینده است و من برای کمک به تولید این کارخانه استخدام شدم. من از یک شرکت مهندسی کوچک در سالت لیک سیتی آمدم که با مشتریان هوافضا - بوئینگ، لاکهید، نورتروپ، آن نوع شرکت ها کار می کرد.خیابان جکسون جایی بود که Trek شروع شد، که انباری قرمز رنگ در مرکز شهر واترلو [ویسکانسین] بود. Trek در سال 1976 لحیم کاری قاب ها را در آنجا شروع کرد. اکنون مرکز ماشینکاری ابزار CNC برای برش تمام قالب هایی که برای ساخت قطعات خود استفاده می کنیم، در آن قرار دارد.
Cyc: آیا صنایع هوافضا و نظامی از کربن با کیفیت بسیار بالاتری نسبت به دوچرخه استفاده می کنند؟
JC: موادی که صنایع هوافضا و دفاعی استفاده می کنند تقریباً مشابه موادی است که صنایع تفریحی استفاده می کنند. چیزی که به طور کلی گم شده است گواهینامه و همچنین تأیید ساخت است. ما از الیاف مختلف زیادی استفاده می کنیم که برخی از آنها مشابه الیافی هستند که برای اهداف نظامی و هوافضا استفاده می شوند. به عنوان مثال، M60J یک فیبر Toray با مدول بسیار بالا است. آخرین باری که نگاه کردم، چیزی حدود 900 دلار در هر پوند [تقریباً 1، 270 پوند در هر کیلو] بود. برخی از این مواد با مدول بالا و فوق‌بالا به عنوان مواد استراتژیک طبقه‌بندی می‌شوند و این بدان معناست که آنها فقط در برخی از کشورهای ناتو در دسترس هستند زیرا می‌توانید از آنها سلاح بسازید.ما تقریباً از تمام فیبرهای موجود در بازار استفاده می کنیم، خواه Toray، Mitsubishi، Hexcel، Cytec. شما نام ببرید، ما از آن استفاده می کنیم.
Cyc: چه ویژگی خاصی در مورد روش Trek دارد؟
JC: یکی از چیزهای کلیدی این است که چگونه فرآیند را اشتباه کنیم. هر زمان که یک انسان را در ترکیب قرار دهید، امکان اشتباه وجود دارد. تمام محصولات ما در طول پنج یا شش سال گذشته از طریق آزمایشگاه اعتبارسنجی ما که نوعی کارخانه ساختگی است، رفته است. ما متخصصان مستندسازی خود را وارد می کنیم که به اپراتورهای ما می گویند که قرار است چه کاری انجام دهند. ما آن اپراتورها را به آزمایشگاه اعتبار سنجی می آوریم و آنها را آموزش می دهیم تا یک انتقال یکپارچه داشته باشیم. ما سعی می کنیم چیزها را به گونه ای توسعه دهیم که به خوبی به تولید تبدیل شود. زیرا وقتی چیزهایی را از محیط آزمایشگاه بیرون می آورید و وارد تولید می کنید، همیشه اشکالات کوچکی وجود دارد - چیزهایی که به آنها فکر نمی کردید.
Cyc: چگونه می‌توانید با خواسته‌های طراحی و تحقیقات در ایالات متحده کنار بیایید در حالی که بخش زیادی از تولیدات خود را در خاور دور انجام می‌دهید؟
JC: آنچه من فکر می کنم واقعاً کلیدی است این است که آنچه در اینجا آموخته می شود به شرکای آسیایی ما تبلیغ می شود. یکی از چیزهایی که احساس می‌کنم ما را متمایز می‌کند، این واقعیت است که ما عمیقاً در تولید جا افتاده‌ایم. ما تمام دوچرخه‌های پیشرفته Project One را در ویسکانسین می‌سازیم و می‌دانیم که کارخانه گران است، اما اگر این کار را در اینجا انجام ندهیم، ارتباط مستقیم با ساخت محصول را از دست می‌دهیم. ما می‌توانیم یک قاب زیبا طراحی کنیم و آن را به کسی بفرستیم، اما نمی‌دانیم چیزی که طراحی کرده‌ایم قابل ساخت است یا به روشی خوب و منحصر به فرد قابل ساخت است یا خیر.
Cyc: چگونه ماهیت ترکیبی فیبر کربن بر طراحی قاب تأثیر می گذارد؟
JC: نوعی نظریه "آلومینیوم سیاه" وجود دارد که در آن طراحان با کربن به گونه ای برخورد می کنند که گویی یک فلز همسانگرد معمولی است. بنابراین، برخی از FEA [تجزیه و تحلیل عناصر محدود] مورد استفاده در طراحی دوچرخه با وارد کردن آلومینیوم به عنوان ماده و طراحی لوله ها صرفاً بر روی تأثیر ضخامت دیواره خاص انجام می شود.این FEA ترکیبی واقعی نیست. این برای دستیابی به یک محصول قابل قبول خوب است، اما اگر می‌خواهیم عملکرد سواری خود را در بالاترین سطح دنبال کنیم، باید کارها را به درستی انجام دهیم. در طراحی ما می‌توانید تعداد لایه‌ها و جایی که آنها را قرار داده‌ایم ببینید، و همه اینها بر اساس تحلیل ما است.
Cyc: روند بهبود آیرودینامیک چگونه بر روش طراحی شما تأثیر گذاشته است؟
JC: آیرودینامیک واقعاً برای ما یک معضل ایجاد کرده است. شکل‌های لوله هوا به سطح بیشتری نیاز دارند، و هر زمان که سطح بیشتری را به هر قسمت اضافه کنید، وزن بیشتری نیز خواهد داشت، درست است؟ همچنین، یا آنقدر نسبت به دوچرخه‌سوار خشن است، زیرا بخش بلندی دارد، یا آنقدر باریک است که دوچرخه در همه جا قرار دارد [به دلیل انعطاف جانبی]. اینجاست که تحلیل ما واقعاً وارد عمل می شود. اول از همه، شکل را از نقطه نظر آیرودینامیکی تجزیه و تحلیل می‌کنیم، و بعد از اینکه متوجه شدیم شکل آیرودینامیکی خاصی داریم، شروع به وصل کردن آن به FEA می‌کنیم.اگر قرار نیست این دو با هم بازی کنند، باید موادی اضافه کنیم تا آیرودینامیک را برآورده کنیم، اما در این صورت دوچرخه خیلی سنگین خواهد بود – این قابل قبول نیست. بنابراین ما دائماً روی بهترین راه حل همگرا می شویم.
Cyc: دوچرخه های فیبر کربنی نیمی از فیبر کربن و نیمی از رزین هستند. رزین چقدر مهم است؟
JC: خیلی. ما زیاد در مورد آن صحبت نمی کنیم، اما به طور مداوم با رزین های مختلف کار می کنیم. این یک ماده کامپوزیت است - فیبر کربن کار را انجام می دهد و رزین اپوکسی الیاف را در موقعیت خود نگه می دارد. بنابراین اگر رزین کار خود را در نگه داشتن الیاف در موقعیت خود انجام نمی دهد، عملکرد واقعی الیاف را نخواهید داشت. ما رابطه قوی تری با Hexcel [تولید کننده فیبر کربن] ایجاد کردیم زیرا طیف گسترده ای از رزین ها را دارد که خواص منحصر به فرد و ویژه ای دارد. مشکل این است که یک مفهوم از قبل پیچیده را بیشتر پیچیده می کند. اصطلاحات بسیاری در اطراف وجود دارد - آیا T700 یا T800 یا IM7 یا IM8 است، مدول، قدرت و کشیدگی چیست؟ بدون وارد شدن به رزین ها به اندازه کافی گیج کننده است.
Cyc: کربن گاهی اوقات به دلیل داشتن عمر محدود شهرت بدی دارد. آیا این درست است؟
JC: به نظر می رسد مردم نگران فیبر کربن هستند زیرا ناشناخته است. مردم با فولاد و آلومینیوم بزرگ شده اند. هر ماده ای عمر خستگی دارد. یک گیره فولادی بردارید و صد بار آن را خم کنید احتمالا می شکند. همین کار را با آلومینیوم انجام دهید و احتمالاً در نصف زمان شکسته می شود زیرا آلومینیوم به خوبی فولاد در خستگی نیست. کامپوزیت ها به طور کلی عمر خستگی بی نهایت دارند. اما این بستگی به استفاده از فیبر کربن، استفاده از رزین و نحوه پردازش آن دارد. به عبارت دیگر آیا فضای خالی در لمینت زیاد است؟ زیرا فضاهای خالی یک کامپوزیت را خیلی سریع از بین می برند. این سال ها پیش رایج بود، اما نه بیشتر. این همان جایی است که کنترل کامل مواد، فرآیند و مهندسی نقش مهمی دارد. اگر کنترل همه اینها را به دست بگیرید، به طور قطع می‌توانیم بگوییم که دوچرخه‌ای را که امروز می‌خرید، می‌توانید برای تمام عمرتان سوار شوید و در طول عمرتان از بین نمی‌رود.
Cyc: آیا در جستجوی مواد جدید و خارق العاده هستید؟
JC: ما همیشه به دنبال اشکال مواد جدید هستیم. گرافن یکی از این موارد است، اما هنوز در حال توسعه است. تولیدکنندگان پلاکت های نانوگرافن وجود دارند، بنابراین می توانید آن را از قبل تهیه کنید، اما بسیار گران است. بزرگترین چیز برای ما این است که تا زمانی که نتوانیم سودی در کامپوزیت ببینیم، کاملاً فروخته نمی‌شویم. اگر بتوانیم راهی برای بدست آوردن نانولوله های گرافن یا فیبر کربن برای ایجاد رشته های طولانی مانند فیبر کربن فعلی پیدا کنیم، خدای من، سفتی، استحکام و وزن غیر قابل باور خواهد بود.
Trek.com
