여러분의 자전거를 바라보면서, 자전거 페인트 아래에 무엇이 있는지 궁금해보신 적이 있나요? 예전에는 그저 레이놀즈나 콜롬부스 같은 철제 튜브 위에 붙은 스티커만이 제작자가 어떤 혈통의 튜브를 사용했는지 보여주곤 했고 , 오랜 시간에 걸친 장인 정신은 페인트에 덮어져 버렸습니다.

오늘날, 트렉의 카본 소재 자전거들은 당신이 상상할 수 조차 없는, 고전적인철제 자전거들에 숨겨진 수작업의 요소를 공유하고 있습니다. 이 자전거들은 컴퓨터로부터 시작됩니다. 유체역학적으로 평가, 조절, 분석, 생성된 설계의 결과로 이루어진 형상은 기계로 제작되어 이음매 없는 깔끔한 모습으로 태어납니다.

워털루에 위치한 트렉의 본사 카본 자전거 제작 공정은 수년간에 걸쳐 1988년 알루미늄 러그에 카본 튜브를 끼워 넣어 접착시키는 공법으로부터 여러 개의 몰드에 다양한 카본 재료를 이용해 완벽하게튜닝 가능한, 최고 기술력의 최종 제품을 생산하는 최상의 공정으로 거듭났습니다.

항공우주공학 기술이라는 첨단 기술을 사용하지만, 자전거는 실제로 한 장의 평평한 카본 원단으로부터 완전히 수작업으로 손수 제작됩니다. 여기에는 서드 파티 업체의 튜브나 러그를 일절 사용하지 않으며, 역설적이게도 최근 트렉에서는 그 어느 때보다 많은 수작업 자전거를 제작하고 있습니다.

단순히 에폭시 레진으로 카본 형상을 젤리 몰드에 찍어내는 것이라 할 순 없습니다. 그것보다는, 몰드는 그 모든 공정의 시작되는 곳이라 할 수 있습니다. 트렉에는 커스텀 몰딩 엔지니어링 팀은 제이 드레인(Jay Thrane)이라는 사람이 책임지고 있습니다. 몰드 제작 설비는 70년대에 딕 버크와 베빌 혹이 회사를 설립해 수천 대의철제 자전거를 만들던 워털루의 빨간색 원조 트렉 헛간에 자리하고 있습니다. 이제는 이 오래된 헛간에서 수천 대의 카본 프레임을 제작하는데 쓰이는 몰드가 만들어집니다. 각각의 몰드는 용도에 따라 강철이나 알루미늄강으로부터 제작되는데, CNC로 가공되어 원하는 형태의 부품으로 만들어집니다. 그리고 나서는 더 어려운 공정이 시작됩니다. 프레임에 더 다양한 형상이 들어가면서, 몰드도 점점 더 복잡해 졌습니다. 처음 시작할 당시에는 일주일에 다섯 개의 몰드를 깎아 낼 수 있었습니다. 지금은 더 많은 장비로 24시간을 가동하는데도 불구하고, 새로운 설계가 워낙 복잡해서 한 개 또는 두 개 밖에 생산하지 못하고 있습니다.

몰드가 수 마일을 건너 서부의 카본 연구소에 배송된 다음, 마법재료 같은 검은 덩어리가 잘리고 준비됩니다 . 기술적인 부분을 무시한다면, 카본 프레임을 재단하는 공정은 옷을 만드는 것과 비슷한 점이 많습니다. 실제로 공정이 진행되면, 튜브와 러그를 사용하는 전통적인 철제 프레임 제작보다는 제봉기술과 더 관련있어 보입니다.

복합체 제조 기술자인 짐 콜그로브(Jim Colegrove)는 이렇게 설명합니다: 우리에게는 최첨단 소프트웨어를 갖추고 있습니다. 먼저, CAD를 사용해 프레임의 3D 형상을 만듭니다. 이 형상을 특정 부분에 따라 나누어 그물막 형태로 펴주고, 최대한 완벽한 패턴으로 몰드에 넣어주면몰드에 완벽하게 들어맞는 형상으로 만들어집니다. 우리는 이 패턴을 평면 예비 성형체라고 부르는데, CNC 절단 테이블에서 잘리게 됩니다.

예비 성형체는 엔지니어들이 알맞은강도를 부여하고 무게를 줄이거나 줄이지 말아야할 곳에 각 형상에 적합한 소재를 선택하는데 있어 매우 중요합니다. 카본 전문업체인 헥셀(Hexcel)은 트렉의 모든 워털루 카본 소재를 거의 25년 넘게 제작해왔습니다. 표준 탄성, 중급 탄성, 고탄성, 초고탄성 카본 섬유로, 전부 유타 솔트레이크 시에서 제작된 순수 미국산 제품입니다. 사용하는 용도에 따라 직조 또는 단방향(uni-directional) 형태로 공급됩니다.

항공우주공학 엔지니어 출신인 짐이 각각의 설비들에 대해 설명해줍니다.

우리는 직조 카본을 일반적인 체크판 형태의 카본 섬유를 충격이 심한 부분이나 응력이 크게 가해지는 특정 부분에 사용하는데 이는 직조 카본이 독특한 성질을 갖고 있기 때문입니다. 직조된 나일론을 생각해보면 어떨까요: 훨씬 더 손상에 강할 겁니다. 게다가 매우 팽팽하게 표면 윤곽을 훨씬 더 잘 유지해줍니다. 단방향 소재는 말 그대로 한 방향으로만 직조된 섬유입니다. 이것 역시 섬유 평면에 매우 잘 구부러지지만, 복잡한 형상으로 가공하기 무척 어렵습니다. 각 재료는 장단점이 있지만, 경험과 기술을 가지고 최적의 구조를 만듭니다.”"

예를 들어, Hex-MC는 짧게 다져진 독특한 카본 소재입니다. 카본 원단에 매우 불규칙적인 패턴으로 뿌려져 카본 적층을 강화합니다 . 그러고나면 길게 연속된 섬유가 없어지기 때문에 정말로 복잡한 모양을 효과적으로 몰딩할 수 있습니다. 그러나 단방향 카본이나 직조 카본만큼의 강도와 경도 수치를 가지고 있진 않습니다. 바텀 브래킷과 비교해보세요. 헤드 튜브의 하중과 라이더의 하중이 만나 크게구부러지고 비틀림이 발생하기 때문에, 높은 경도와 강성이 필요합니다. 그래서 특정 부분을 지지하기 위해 고강성 또는 초-고강성 소재의 작은 원단을 추가로 사용합니다.

"카본 프레임을 보면, 마치 플라스틱 모형 비행기처럼 만들기 쉬운 것처럼 보이지만, 실제로는 매우 복잡한 작업입니다. 마돈 로드 프레임은 180개의 예비 성형체, 또는 필요한 부분에 강성을 높이기 위해 적층되는 각각의 카본 원단 조각이 사용됩니다. 세션 다운힐 자전거에는 238개의 예비 성형체가, 각기 다른 두 개의 원단 두루마리와 12장의 카본 원단이 사용됩니다 (단방향, 직조 또는 Hex-MC). 정말로 복잡한 절단 순서를 거쳐야만 합니다. 카본은 아주 훌륭한 재료지만 제대로 사용하려면 뛰어난 엔지니어링이 필요합니다. 제대로 된 전문성을 갖추지 않으면 지나치게 무겁거나 구조적으로 불완전한 결과물이 나오게 됩니다.

이러한 복잡성에 더하여, 예비 성형체는 프레임 사이즈가 커짐에 따라 자전거에 가해지는 더 큰 탑승자의 무게를 견디기 위해 추가 소재들이 필요하게 됩니다. 그러나 적층을 가장 많이 추가한 프레임의 그 어떤 부분도 1.5mm의 이상의 '튜브' 두께를 넘지 않습니다.

트렉의 시제품 시설의 진정한 장인들은, 카본 몰딩에 있어서 46여년의 경험을 갖춘 켈리 스톤(Kelly Stone)과 수 모(Sue Moe) 입니다. 카본 재질은 마치 넓게 펼친 토피 캔디 같아서, 열을 가하면 끈적거리고, 휘어지며 훨씬 더 유연해집니다.

켈리는 어떤 카본 원단을 집기만 해도 숙련된 감각으로 어떤 용도에 적합한지 알아낼 수 있다고 합니다.

소재 종류의 차이, 알맞은 정도, 그리고 레진이 충분한지 과한지 정확하게 구별 할 수 있습니다. 엔지니어들은 항상 사용할 적층 방법과 각 테스트에 쓰일 재료에 대해 이야기해주고, 그렇게 검증 과정을 거쳐 여기저기 추가적인 원단을 만들고 그것들을 테스트합니다.

켈리와 수는 각 공정의 세세한 부분까지 잘 알고 있습니다 냉각 시간, 이상적인 온도, 소재의 압착 정도까지 말이죠. 그들은 경험에 기초해 짐과 그의 엔지니어들에게 적층 작업 시 해야할 것과 하지 말아야할 부분에 대한 피드백을 줄 수 있습니다. 이런 많은 부분이 단순한 과학은 아닙니다. 트렉에서는 경험이 전부입니다. 그들은 수많은 프레임을 제작하고 테스트했기 때문에, 프레임 개발 시작에 필요한 모든 데이터를 담은 총체입니다."

미스터 플레이드는 몰드 주위의 몰드 릴리즈를 벌리고 예비 성형체를 빈 공간 안에 넣습니다. 그는 다음 단계에 대해 설명해줍니다. 형상에 따라서, 공기 주머니를 추가하고 전체 부분을 닫고 프레스에 놓습니다. 이러한 과정은 말 그대로 섬유들을 찍어서 소재에 형상을 부여하는 동시에 불필요한 레진을 제거해줍니다.

새로운 세션 다운힐 산악 자전거 프레임은 한 개의 로커 암에만 해도 40개의 예비 성형체가 들어갑니다. 제봉사들이 천의 바이어스를 이용해 정확한 피팅과 질감을 만들어 내는 것과 같은 방식으로, 카본은 가장 강력한 (그리고 동시에 가장 가벼운)결과물을 얻기 위해 몰드에 적층됩니다. 단지 스윙 암 같은 한 조각의 몰딩 적층 작업도 10분 정도가 소요되기에, 몰딩 제작된 카본이 CNC로 생산된 알루미늄 부품보다 훨씬빠르고 쉽게 만들어질 거란 생각은 사실과는 먼 이야기입니다. 모든 부분들이 정리되고, 냉각 장소에 놓이면 공정의 다음 단계가 시작됩니다.

마돈의 경우, 몰딩이 완료된 부품들을 조립해 로드 프레임으로 만드는 작업은 정말 순식간에 끝납니다. 각 스테이와 바텀 브라켓, 앞 삼각 부분을 붙이기 위해 에폭시 접착제를 바르고 튜브 연결 부분과 동일한 두께의 조인트를 만들기 위해 특허 받은 스텝 조인트 설계를 사용하기 때문에, 조인트에 의한 무게 증가나 라이딩 품질의 변화가 없습니다. 이렇게 작업된 전체 프레임은 지그에 물려 오븐에서 단단하게 구워집니다. 이 과정을 마치면, 프레임 정렬 오차 검사를 마치고 다음단계로 넘어갑니다: 마감과 도색 작업을 하게 되는 것이죠-짐은 이런 모든 수작업과 기술적인 부분이 은폐되고, 시장에서의 수요도 점차 줄어드는 이유를 설명해줬습니다.

저에게 사람들이 종종 물어보는 게 있습니다: 트렉은 어째서 다른 산업체 전부가 역외 지역(대만, 중국 등의 국가:역자 주)으로 옮겨가는데도 여기서 프레임을 만들고 있으며,솔직하게 적절한 트렉 프레임 중에 쓸만한 제품의 비율은 얼마인가요? 왜 아직까지도 이런 공장을 운영하고 있는 건가요?제 대답은 항상 한결같습니다. 과학을 제대로 이해하지 못한 상태에서는 다양한 프레임, 그리고 더 좋은 프레임을 제작하지 못하기 때문입니다. 그리고 프레임과 카본 구조가 작동하는 원리를 제대로 이해하는 유일한 방법은 직접 만드는 것뿐입니다. 우리 엔지니어들이 직접 몰드를 깎고, 카본을 적층하고, 그런 구조가 현실화되는 것을 직접 보는 것으로부터 설계가 한 단계 더 나아가게 하는데 매우 중요하기 때문입니다. 이곳에서 프레임을 제작하면 정말 많은 비용이 듭니다만,이렇게 직접 제작하기 때문에 훨씬 뛰어난 제품이 나옵니다. 우리의 모든 제품에 대해 어떻게 만들어야 되고, 어떻게 만들 수 있는지 알고 있기 때문에 훨씬 더 뛰어나다고 할 수 있죠. 이것이 우리가 직접 제품을 만드는 이유이기도 합니다. 우리는 다른 누군가가 조금씩 전진하는 법을 가르쳐줄 때까지 기다리지 않습니다. 우리가 직접 그들을 이끌고 갑니다. 제가 1990년 이곳에서 일을 시작한 이래 계속된 트렉만의 방식이며, 제가 여기서 일하는 이유이기도 합니다.""