Oletko koskaan miettinyt, mitä maalipinnan alta löytyy, kun olet katsellut pyörääsi? Aiemmin yksinkertainen putkitarra, ehkäpä Columbus tai Reynolds merkiltään, oli todisteena valmistajan käyttämien teräsputkien laadukkaasta alkuperästä, kun runkoon käytetty käsityötuntien määrä oli maalin peitossa.

Nykyään Trekin hiilikuitupyörät jakavat teräksisten esi-isiensä piilotetun käsityön, vaikka ei sitä arvaisi. Polkupyörät kehitetään tietokoneiden luomien mallien, virtausdynaamisten analyysien ja elementtianalyysien pohjalta, jolloin syntyvät muodot vaikuttavat saumattomasti koneiden tekemiltä.

Hiilikuitupyörien tuotantoprosessi Trekin Waterloon pääyksikössä on muuttunut vuosien varrella. Vuonna 1988 esimuotoillut hiilikuituputket liimattiin alumiinimuhveihin. Nykyään käytössä on kokonaan alusta alkava prosessi, jossa käytetään useita muotteja ja hiilikuitumateriaaleja täysin hienosäädettävän ja mestarillisesti valmistetun lopputuotteen luomiseksi.

Vaikka käytössä on ilmailualan teknologiaa, pyörät rakennetaan itse asiassa kokonaan käsin litteistä hiilikuitukangaslevyistä. Tuotannossa ei ole mukana kolmannen osapuolen putki- tai muhvivalmistajia ja tämän vuoksi, jokseenkin paradoksaalisesti, Trekillä valmistetaan enemmän käsintehtyjä polkupyöriä kuin koskaan aiemmin.

Kyse ei ole yksinkertaisesta hiilikuitumuotojen painamisesta hyytelömuottiin ja pienestä määrästä epoksihartsia, vaikka prosessi lähteekin liikkeelle muoteista. Trekin erikoismuotit valmistaa Jay Thranen johtama joukko insinöörejä. Muottien valmistustilat sijaitsevat alkuperäisessä Trekin punaisessa ladossa, paikassa, jossa Dick Burke ja Bevil Hogg aloittivat yritystoimintansa ja jossa valmistettiin 70-luvulla tuhansia teräspolkupyöriä. Nyt tässä vanhassa ladossa tehdään muotteja, joiden avulla valmistetaan tuhansia hiilikuiturunkoja. Kaikki muotit luodaan yhtenäisestä alumiini- tai teräsmöykystä sovelluskohteesta riippuen ja CNC-työstetään paikan päällä vastaamaan haluttua komponenttimuotoa. Tämän jälkeen seuraa vaikea osa. Koska rungoissa on yhä enemmän monimutkaisia muotoja, myös muotit muuttuvat yhä monimutkaisemmiksi. Alussa muottien leikkaustiloissa tehtiin viisi muottia viikossa. Nykyään, vaikka käytössä on enemmän koneita ja 24 tunnin työpäivä, muotteja syntyy vain yksi tai kaksi. Niin monimutkaisiksi uudet muodot ovat tulleet.

Kun muotit ovat kulkeneet noin puolentoista kilometrin päässä lännessä olevaan hiilikuitulaboratorioon, maaginen musta materiaali voidaan valita ja leikata. Tekniikan lisäksi hiilikuiturungon asetteluprosessilla on paljon yhteistä pukuompelun kanssa. Itse asiassa, mitä prosesseihin tulee, menetelmä liittyy todennäköisemmin enemmän ompelun jaloon taitoon kuin perinteiseen teräsrungon rakentamiseen putkien ja muhvien avulla.

Komposiittien tuotantoinsinööri Jim Colegrove kertoo: ”Meillä on käytössä joitain erittäin kehittyneitä ohjelmistoja. Ensin käytämme tietokoneavusteista suunnittelua (CAD, Computer-aided design) ja luomme rungosta 3D-muodon. Voin jakaa rungon tiettyihin alueisiin ja litistää ne sitten mittavalmiiseen muotoon mallineeksi, jonka voin asettaa muottiin tietäen sen sopivan täydellisesti. Tätä mallinetta kutsutaan litteäksi aihioksi, joka leikataan CNC-leikkuupöydällämme.

Aihiot ovat ratkaisevassa asemassa lujuuden luomisessa kohtiin, joissa sitä tarvitaan, ja painonsäästön saamisessa kohtiin, joissa lujuutta ei tarvita. Oikean tyyppisen materiaalin jokaiselle muodolle ja jokaiseen käyttötarkoitukseen valitsevat insinöörit. Hexcelin hiilikuituspesialistit ovat tehneet kaikki Trekin Waterloossa käyttämät hiilikuitumateriaalit jo 25 vuoden ajan. Kaikki hiilikuitu on peräisin Utahin Salt Lake Citystä. Hiilikuitua toimitetaan standardilla, keskitason, korkealla tai huippukorkealla kimmokertoimella, ja hiilikuitu voi olla kangasta tai yksisuuntaista materiaalia käyttökohteesta riippuen.

Aiemmin ilmailuinsinöörinä työskennellyt Jim kertoo hiilikuitutyyppien ominaisuuksista:

”Käytämme kangasta – sitä standardia shakkikuvioista hiilikuitukangasta – kohdissa, jotka joutuvat suuren rasituksen tai suurten iskujen alaisiksi, koska kankaalla on yksi ainutlaatuinen ominaisuus. Sitä voisi ajatella hieman ripstop-nailonin kaltaisena materiaalina, joka kestää enemmän vahinkoa. Hiilikuitukangas mukautuu myös paremmin erittäin tiukkoihin pintamuotoihin. Yksisuuntainen hiilikuitu taas on nimensä mukaista: sen kuidut kulkevat yhteen suuntaan. Yksisuuntainen hiilikuitu on myös joustava kuitukerroksen tasolla, mutta sen avulla monimutkaisempien muotojen tekeminen on varsin vaikeaa. Jokaisella materiaalilla on vahvuutensa ja heikkoutensa, ja rakenteiden optimaalinen tekeminen vaatiikin kokemusta ja insinööritaitoa.

Esimerkiksi Hex-MC on ainutlaatuinen lyhyistä, katkotuista kuiduista koostuva hiilikuitumateriaali. Hex-MC-kuidut sijoitetaan hiilikuitulevyllä hyvin sattumanvaraiseen kuvioon, joka simuloivat muottiin asettelua. Tämän jälkeen voimme muotoilla levyn erittäin monimutkaisiin muotoihin hyvin tehokkaasti, koska kuidut eivät ole pitkiä ja jatkuvia. Hex-MC:llä ei ole kuitenkaan yksisuuntaisen hiilikuidun tai hiilikuitukankaan lujuutta tai jäykkyyttä. Ajatellaan vaikkapa keskiötä, johon kohdistuu paljon vääntöä ja taipumista emäputken ja ajajan kuormista. Keskiön on oltava luja ja jäykkä. Lisäämme siksi tietyille alueille pieniä korkean tai huippukorkean kimmokertoimen hiilikuitukaistaleita rakenteen parantamiseksi.”

Hiilikuiturunkoa katsoessa on helppo ajatella, että se tehdään kuin muovinen mallilennokki, mutta todellisuudessa valmistaminen on monimutkaista. Madonen maantierungossa on noin 180 aihiota, tai yksittäistä hiilikuitulevyn palaa, jotka voidaan kerrostaa päällekkäin lujuuden parantamiseksi tarvittavissa kohdissa. Alamäkiajoon käytettävässä Sessionissa on 238 aihiota, joista jokainen koostuu kahdesta kahteentoista hiilikuitukerroksesta (joko yksisuuntaisesta, kankaasta tai Hex-MC:stä). Siinä vasta vaaditaankin monimutkaista leikkaamista. Hiilikuitu on ihmeellinen materiaali mutta sen kunnolliseen käyttämiseen vaaditaan hyvää insinööritaitoa. Ilman asianmukaista tietotaitoa syntyy rakenteita, jotka ovat joko raskaita tai rakenteellisesti heikkoja.

Monimutkaisuutta lisää vielä se, että aihiot yleensä suurenevat rungon koon kasvaessa ja saattavat siksi tarvita lisämateriaalia kestääkseen kuormituksen, jonka isommat ajajat kohdistavat polkupyöriin. Tästä huolimatta rungon vahvistetuimmatkin osat ovat seinämältään vain 1,5 mm:n paksuisia.

Kelly Stone ja Sue Moe ovat Trekin hiilikuituprototyyppien todellisia käsityöläisiä. Heillä on yhteensä 46 vuotta kokemusta hiilikuidun muotoilusta. Hiilikuitu on kuin toffeelevy, koska se on tahmea, taivuteltava ja pehmenee lämmetessään.

Kelly kertoo, että hänen tarvitsee vain pidellä hiilikuitulevyä kokeneissa käsissään määrittääkseen, onko se sovelias käytettäväksi.

”Eri materiaalien väliset erot, niiden soveltuvuuden ja hartsin määrän voi todellakin tunnistaa. Insinöörit kertovat meille aina, mitä muottiasetteluja on käytettävä ja missä suhteessa aineksia on käytettävä jokaisessa testissä, mutta arvioinnin jälkeen voimme tehdä joitain ylimääräisiä kappaleita ja sitten kokeilla niitä.”

Kelly ja Sue tuntevat prosessin läpikotaisin aina jäähdytysajoista, ihanteellisista lämpötiloista ja materiaalien kestävyydestä alkaen. He voivat antaa asiantuntevaa palautetta Jimille ja hänen insinööreilleen siitä, mikä toimii ja mikä ei toimi muottiin asettelun aikana. Iso osa tästä ei ole pelkästään tieteellistä – kokemus on kaikki kaikessa. Trekillä on valmistettu ja testattu niin monia runkoja, että yhtiöllä on kaiken tietomääränsä vuoksi suunnaton etumatka runkojen kehityksessä.

Herra Ruutupaita levittää irrotusainetta muotin ympärille ja asettaa aihion muottionteloon. Hän opastaa meidät seuraavien vaiheiden läpi. Muodosta riippuen muottiin lisätään paineilmapussi, sitten koko muotti suljetaan ja asetetaan prässiin. Se kirjaimellisesti liiskaa kuidut, asettaa materiaalin muotoonsa ja poistaa ylimääräisen hartsin.

Uudessa alamäkiajoon suunnitellussa Session-maastopyörässä on 40 yksittäistä aihiota pelkästään yhdessä keinuvivun varressa. Samoin kuin pukuompelija saattaa käyttää kankaan viistoa leikkausta juuri oikean koon tai pintarakenteen luomiseksi, hiilikuitu asetetaan muottiin lujimman (ja kevyimmän) mahdollisen lopputuloksen aikaansaamiseksi. Pelkästään takahaarukan jalan kaltaisen yhden osan asettelu muottiin kestää noin kymmenen minuuttia, joten hiilikuituosien valmistaminen muotissa ei todellakaan ole nopeampaa ja helpompaa kuin alumiiniosien valmistaminen CNC-työstöllä. Kun kaikki osat on puhdistettu ja asetettu jäähtymään, prosessin seuraava vaihe voi alkaa.

Madonen tapauksessa muovattujen komponenttien kokoaminen maantiepyörän rungoksi on hämmästyttävän nopeaa. Yksittäiset ylä- ja alaputket, keskiö ja etukolmion kappaleet yhdistetään epoksiliiman avulla. Trekin oman StepJoint-tekniikan ansiosta liitoksista saadaan aina viereisen putken paksuisia, joten liitokset eivät lisää pyörän painoa tai vaikuta ajolaatuun. Seuraavaksi kokonaisuus nostetaan kokoonpanotelineeseen ja kuumennetaan kovaksi uunissa. Valmiista rungosta tarkastetaan suuntaus ennen kuin se lähetetään seuraavaan vaiheeseen: pinnoitukseen ja maalaukseen. Siellä myös kaikki käsityö ja teknologia peitetään ja tuote menee kuitenkin markkinoille, joilla vaaditaan enemmän vähemmällä rahalla, Jim kertoo.

”Minulta kysytään usein: Miksi Trek jatkaa runkojen valmistamista täällä, kun koko teollisuus, ja rehellisesti sanottuna huomattava osa Trekin runkotuotannosta, on muuttanut ulkomaille? Miksi meillä on yhä tämä tehdas? Vastaukseni on aina sama. Erilaisia ja parempia tuotteita ei voi rakentaa, jos valmistukseen liittyvää tiedettä ei täysin ymmärrä. Ainoa tapa ymmärtää, kuinka rungot ja hiilikuiturakenteet todellisuudessa toimivat, on rakentaa ne itse. Suunnittelun kehittymisen kannalta on tärkeää, että insinöörit leikkaavat muotteja, asettelevat hiilikuidun muottiin ja näkevät luomiensa rakenteiden syntymisen. Rakentaminen tässä tehtaassa on todella kallista mutta tuotteet ovat sen vuoksi parempia. Kaikki tuotteemme ovat parempia, koska tiedämme, kuinka tuotteet on rakennettava ja kuinka ne voidaan rakentaa. Tuotteet ovat parempia myös siksi, koska teemme ne itse. Emme voi odottaa jonkun toisen ottavan ohjia ja näyttävän meille, kuinka hommat tehdään. Me johdamme itse. Se on ollut Trekin käytäntö siitä lähtien, kun aloitin täällä vuonna 1990 ja syy, miksi tulin tänne töihin.