Con una profonda conoscenza della fibra di carbonio, l'ingegnere senior dei compositi di Trek ha svolto un ruolo importante nel rendere le biciclette ciò che sono oggi
Ciclista: Come hai iniziato a Trek?
Jim Colegrove: Nel 1990 Trek voleva costruire internamente parti composite dopo un inizio disastroso utilizzando un'azienda separata per costruire il telaio 5000. Era un pezzo unico nel 1988 e nel 1989. Un terribile fallimento: abbiamo praticamente recuperato tutti. Le persone chiave hanno capito che la fibra di carbonio era il futuro e sono stato assunto per aiutare a portare la produzione in questa struttura. Venivo da una piccola società di ingegneria di S alt Lake City che lavorava con clienti aerospaziali: Boeing, Lockheed, Northrop, quel tipo di società. Jackson Street era dove iniziò Trek, che era un fienile rosso nel centro di Waterloo [Wisconsin]. Trek ha iniziato a brasare telai nel 1976. Ora ospita l'impianto di lavorazione di utensili CNC per tagliare tutti gli stampi che utilizziamo per realizzare le nostre parti.
Cyc: l'industria aerospaziale e militare utilizza carbonio di qualità molto superiore rispetto a quello delle biciclette?
JC: Il materiale utilizzato dalle industrie aerospaziale e della difesa è quasi identico al materiale utilizzato dalle industrie ricreative. Ciò che generalmente manca è la certificazione e anche la verifica di fabbricazione. Utilizziamo molte fibre diverse, alcune delle quali sono le stesse utilizzate per scopi militari e aerospaziali di fascia alta. M60J, ad esempio, è una fibra Toray ad altissimo modulo. L'ultima volta che ho guardato, era qualcosa a nord di $ 900 per libbra [circa £ 1.270 per chilo]. Alcuni di questi materiali ad alto e ultra alto modulo sono classificati come materiali strategici, e ciò significa che sono disponibili solo in alcuni paesi della NATO perché da essi si possono ricavare armi. Usiamo quasi tutte le fibre disponibili, che si tratti di Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. Lo chiami, lo stiamo usando.
Cyc: cosa rende speciale il modo in cui Trek fa le cose?
JC: Una delle cose chiave è il modo in cui il processo è a prova di errore. Ogni volta che metti un essere umano nel mix c'è la possibilità di sbagliare. Tutti i nostri prodotti negli ultimi cinque o sei anni sono passati attraverso il nostro laboratorio di convalida, che è una sorta di fabbrica simulata. Portiamo i nostri specialisti della documentazione che raccontano ai nostri operatori cosa faranno. Portiamo quegli operatori nel laboratorio di convalida e li formiamo in modo da avere una transizione senza interruzioni. Cerchiamo di sviluppare le cose in un modo che passi bene alla produzione. Perché quando prendi le cose da un ambiente di laboratorio e le metti in produzione ci sono sempre piccoli difetti, cose a cui non hai pensato.
Cyc: Come riesci a destreggiarti tra le esigenze del design e della ricerca negli Stati Uniti mentre fai gran parte della tua produzione in Estremo Oriente?
JC: Quello che penso sia davvero fondamentale è che quanto appreso qui viene propagato ai nostri partner asiatici. Una delle cose che sento ci distingue è il fatto che siamo profondamente radicati nella produzione. Costruiamo tutte le bici Project One di fascia alta in Wisconsin e sappiamo che la fabbrica è costosa, ma se non lo facciamo qui perdiamo quella connessione diretta con la costruzione del prodotto. Possiamo progettare una bella cornice e spedirla a qualcuno, ma non avremmo idea se ciò che abbiamo progettato è costruibile e se è costruibile in un modo buono e unico.
Cyc: in che modo la natura composita della fibra di carbonio influenza il design del telaio?
JC: Esiste una sorta di teoria dell'"alluminio nero" in cui i progettisti trattano il carbonio come se fosse un normale metallo isotropo. Quindi, parte della FEA [Finite Element Analysis] utilizzata nella progettazione di biciclette viene eseguita inserendo l'alluminio come materiale e progettando i tubi esclusivamente sull'effetto di un determinato spessore della parete. Non è una vera FEA composita. Va bene per ottenere un prodotto accettabile, ma se vogliamo comporre il tipo di prestazioni di guida che stiamo inseguendo al top, dobbiamo fare le cose per bene. Nel nostro design puoi vedere il numero di strati e dove li abbiamo posizionati, e tutto ciò è guidato dalla nostra analisi.
Cyc: in che modo la tendenza al miglioramento dell'aerodinamica ha influenzato il modo in cui ti avvicini al design?
JC: L'aerodinamica ci ha davvero creato un dilemma. Le forme dei tubi aerodinamici tendono a richiedere superfici più grandi e ogni volta che aggiungi più superficie a qualsiasi parte c'è più peso, giusto? Inoltre, o è così duro per il ciclista perché è una sezione così alta, o è così stretto che la bici è dappertutto [a causa della flessione laterale]. È qui che entra davvero in gioco la nostra analisi. Prima di tutto analizziamo la forma da un punto di vista aerodinamico, quindi una volta che sappiamo di avere una certa forma aerodinamica, iniziamo a collegarla a FEA. Se quei due non giocheranno insieme, allora dobbiamo aggiungere materiale per soddisfare l'aerodinamica, ma poi la bici sarà troppo pesante, non sarà accettabile. Quindi convergeremo costantemente sulla soluzione migliore.
Cyc: le bici in fibra di carbonio sono metà fibre di carbonio e metà resina. Quanto è importante la resina?
JC: Molto. Non ne parliamo molto, ma lavoriamo costantemente con resine diverse. È un materiale composito: la fibra di carbonio fa il lavoro e la resina epossidica tiene le fibre in posizione. Quindi, se la resina non sta facendo il suo lavoro tenendo le fibre in posizione, non otterrai prestazioni reali dalle fibre. Abbiamo stretto un rapporto più forte con Hexcel [produttore di fibra di carbonio] perché ha un'ampia gamma di resine che hanno proprietà uniche e speciali. Il problema è che complica ulteriormente un concetto già complicato. C'è così tanto gergo in giro: è un T700 o un T800 o un IM7 o un IM8, quali sono i moduli, la forza e l'allungamento? È abbastanza confuso senza entrare nelle resine.
Cyc: Il carbonio a volte ha una cattiva reputazione per avere una vita limitata. È vero?
JC: La gente sembra preoccupata per la fibra di carbonio perché è un'incognita. Le persone sono cresciute con acciaio e alluminio. Ogni materiale ha una vita a fatica. Prendi una graffetta d'acciaio e piegala cento volte, probabilmente si romperà. Fai lo stesso con l'alluminio e probabilmente si romperà in metà tempo perché l'alluminio non è buono come l'acciaio a fatica. I compositi, in generale, hanno una vita a fatica infinita. Ma ciò dipende dall'uso della fibra di carbonio, dall'uso della resina e da quanto bene è stata lavorata. In altre parole, ci sono molti vuoti nel laminato? Perché i vuoti uccideranno un composito molto rapidamente. Era comune anni fa, ma non più. Anche in questo caso, il controllo completo dei materiali, dei processi e dell'ingegneria gioca un ruolo importante. Se prendi il controllo di tutto ciò, possiamo affermare definitivamente che una bicicletta che acquisti oggi, puoi guidare per tutta la vita e non si degraderà nel corso della vita.
Cyc: sei alla ricerca di materiali nuovi e straordinari?
JC: Siamo sempre alla ricerca di nuove forme materiali. Il grafene è uno di quelli, ma è ancora in fase di sviluppo. Esistono produttori di piastrine di nano-grafene, quindi puoi già ottenerlo, ma è molto costoso. La cosa più importante per noi è che, a meno che non riusciamo a vedere dei vantaggi nel composito, non siamo completamente venduti. Se riusciamo a trovare un modo per ottenere nanotubi di grafene o fibra di carbonio per creare le corde lunghe come abbiamo per l'attuale fibra di carbonio, oh mio Dio, la rigidità, la forza, il peso sarebbero incredibili.
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