Ooit jezelf afgevraagd, als je naar je fiets kijkt, wat er verborgen zit onder die laklaag? Lang geleden gaf een sticker op de framebuis het antwoord op de vraag van welk herkomst de stalen buizen waren die de framebouwer had gebruikt. Reynolds of Columbus misschien, terwijl de laklaag al die ambachtelijke uren arbeid verborgen hield.

Vandaag de dag delen de carbon fietsen van Trek dat verborgen handwerk met hun stalen voorgangers, en zelfs meer dan je denkt. De fietsen worden getekend met de computer en via 'fluid dynamics' en 'finite analysis' verder ontwikkeld. De resulterende vormen zien eruit alsof ze naadloos door een machine zijn geproduceerd.

De productie van carbon fietsen in het hoofdkwartier van Trek in Waterloo is in de loop der jaren veranderd van het aan elkaar lijmen van carbon buizen in aluminium lugs in 1988, tot aan een totaalproces waarbij meerdere mallen met verschillende soorten carbon worden gebruikt voor de productie van een volledig aanpasbaar en prachtig technisch ontworpen eindproduct.

En ondanks al die ruimtevaarttechnologie worden de fietsen echter compleet met de hand gebouwd uit platte vellen carbon. Er is geen externe fabrikant voor lugs of buizen bij betrokken en hoe paradoxaal het ook klinkt, de fietsen die nu bij Trek worden gebouwd, zijn meer handgebouwd dan ze ooit zijn geweest.

We hebben het niet over het simpelweg persen van carbon vormen in een gelei-achtige mal met behulp van epoxyhars, hoewel het proces wel begint met mallen. De speciale mallen voor Trek worden gemaakt door een team van technici dat worden geleid door Jay Thrane. De mallenmakerij is gevestigd in de originele rode schuur van Trek in Waterloo waar Dick Burke en Bevil Hogg hun bedrijf ooit begonnen en waar duizenden stalen fietsen zijn gemaakt in de jaren '70 van de vorige eeuw. Nu is deze oude schuur de plaats waar mallen worden gemaakt voor de productie van duizenden carbon frames. Elke mal wordt - afhankelijk van de toepassing - gemaakt uit een massief blok staal of aluminium en met een CNC-frees bewerkt tot de gewenste vorm van het onderdeel. Vervolgens begint het moeilijkste deel. Omdat frames steeds ingewikkelder vormen krijgen, worden de mallen ook steeds complexer. In het begin maakte de mallenmakerij vijf exemplaren per week. Nu is dat ondanks meer machines die ook nog eens 24 uur per dag draaien, nog slechts één of twee exemplaren als gevolg van de complexiteit van de nieuwe ontwerpen.

Zodra een mal anderhalve kilometer naar het westen worden verzonden naar het carbon lab, kan het magische zwarte spul worden gesneden en in de mal worden geplaatst. Los van alle techniek, heeft het lay-up-proces van een carbon frame veel overeenkomsten met het maken van een jurk. In feite komt het proces meer overeen met de kunsten van een naaister, dan met het traditionele proces van het bouwen van een stalen frame met buizen en lugs.

Jim Colegrove, composiet-productietechnicus, vertelt: We hebben hele geavanceerde software. Ten eerste gebruiken we CAD en maken we een 3D-vorm van het frame. Ik kan dat frame in verschillende delen splitsen en ze dan plat uitvouwen en een patroonvorm uitsnijden. Die kan ik dan weer in de mal leggen en dan weet ik zeker dat het perfect past in de vorm. We noemen zo'n patroon een 'flat preform' die dan vervolgens wordt uitgesneden op onze CNC-snijtafel.""

De voorgevormde patronen zijn essentieel voor het verkrijgen van sterkte waar dat nodig is en gewichtsbesparing waar dat kan. Technici kiezen het juiste type materiaal voor elke vorm en toepassing. Carbon specialist Hexcel maakt alle carbon dat Trek in Waterloo gebruikt en heeft dat ook de afgelopen 25 jaar gedaan. Het is Amerikaans carbon fiber uit Salt Lake City in Utah, dat wordt geleverd in een standaard modulus, intermediate modulus, high modulus, of ultra-high modulus. Het kunnen zowel weefselmatten zijn als uni-directioneel materiaal afhankelijk van het gebruiksdoel.

Voormalig ruimtevaarttechnicus Jim verklaart de verschillende eigenschappen.

We gebruiken weefseldoek - dat bekende standaard carbonweefsel met schaakbordpatroon op plaatsen waar er veel krachten of veel impact op inwerken, omdat het weefsel een unieke eigenschap heeft. Je moet het een beetje zien als scheurbestendig nylon: het heeft meer weerstand tegen beschadigingen. Het is ook veel maatvaster in hele krappe, ronde oppervlakken. Unidirectioneel spul heeft zoals de naam al zegt, vezels die in één richting lopen. Het is ook heel flexibel in de richting van de vezels, maar het maken van meer complexe vormen is heel moeilijk. Elk materiaal heeft zijn sterktes en zwaktes. Er is ervaring en technische kennis nodig om de constructies optimaal te bouwen."

Bijvoorbeeld Hex-MC is een uniek materiaal van afgekorte vezels. Ze worden in een willekeurig patroon neergelegd op een vel waarmee de lay-up wordt gesimuleerd. We kunnen dat vervolgens zeer effectief modelleren tot zeer complexe vormen omdat we geen lange doorlopende vezels hebben. Maar het heeft niet dezelfde sterkte als unidirectioneel of weefseldoek. Kijk maar eens naar het bottom bracket. Daar treedt een hoop torsiebelasting en buiging op omdat de balhoofdbuis onder spanning staat en de belasting van de rijder op dit punt hoog is. Daar moet dus materiaal met een hoge sterkte en een hoge stijfheid aanwezig zijn. Daarom voegen we op die plaatsen kleine strips met high of ultra-high modulus-materiaal toe om dat probleem te ondervangen.

Als je naar een carbon frame kijkt, denk je al snel dat het net zo gemakkelijk te maken is als een plastic modelvliegtuigje, maar het is een heel complex proces. Een Madone raceframe is opgebouwd uit ongeveer 180 preforms, voorgesneden losse carbonvellen, die in diverse lagen worden aangebracht om de sterkte te vergroten als dat nodig is. Een Session downhill-bike heeft 238 preforms die elk bestaan uit twee tot twaalf lagen carbon (zowel unidirectioneel, weefseldoek als Hex-MC). Dat is een complexe lijst met snijpatronen. Carbon is een prachtig materiaal, maar er is veel technische kennis nodig om het goed te gebruiken. Zonder de juiste kennis krijg je constructies die ofwel zwaar zijn ofwel niet sterk.

Om de complexiteit nog te verhogen worden preforms groter als de framemaat toeneemt en er is meer materiaal nodig om overweg te kunnen met de grotere belasting van langere rijders. Maar zelfs de sterkste onderdelen van het frame hebben toch slechts een wanddikte van ongeveer 1,5 millimeter.

De echte vakmensen van de Trek carbon prototyping-werkplaats zijn Kelly Stone en Sue Moe die samen meer dan 46 jaar ervaring hebben met het vormgeven van carbonvezels. Het materiaal is gelijk een vel met toffees want het is plakkerig en buigzaam en het wordt zachter als je het warm maakt.

Kelly legt uit dat ze slechts het vel carbon in haar ervaren handen hoeft te hebben om te schatten of het geschikt is en of het gereed is om te verwerken.

Je kunt zeker het verschil voelen tussen de diverse materialen, wat wel en wat niet geschikt is en of er voldoende hars op zit. De technici vertellen ons altijd welke lay-ups we moeten gebruiken, de ingrediënten voor elke test. Na de evaluatie kunnen we extra stukken maken die we hier en daar gebruiken en dan testen we dat.""

Kelly en Sue kennen het proces van binnen en van buiten de afkoelingstijden, de ideale temperaturen, hoe ver je het materiaal kunt vervormen. Ze geven waardevolle ervaringsfeedback aan Jim en zijn technici over wat er wel en niet zal werken tijdens de lay-up. Veel van dit proces is niet alleen wetenschap - ervaring is alles bij Trek. Ze hebben zoveel frames geproduceerd en getest dat ze een grote voorsprong hebben door al die ontwikkelingsgegevens.

Mr. Plaid smeert een losweekmiddel in de mallen en legt de preform in de holte. Hij vertelt hoe de volgende stappen in zijn werk gaan. Afhankelijk van de vorm worden er holle binnenstukken toegevoegd en het geheel wordt afgesloten en in de persen gezet. Die pletten de vezels letterlijk en drukken het materiaal in een vorm waarbij tegelijkertijd de overtollige hars wordt afgevoerd.

Het nieuwe frame voor de Session downhill mountainbike heeft alleen al in de rocker link 40 verschillende preforms. Op dezelfde manier als een kleermaker de eigenschappen van een stof gebruikt om precies de juiste pasvorm of structuur te krijgen, zo wordt ook de carbon in de mal gelegd om het sterkste (en lichtste) eindresultaat te krijgen. De lay-up van een mal voor één enkel onderdeel zoals de swingarm kost ongeveer tien minuten, dus het idee dat een carbononderdeel uit een mal sneller en makkelijker te maken is dan een CNC-gefreesd aluminium onderdeel, is absoluut niet waar. Zodra alle onderdelen zijn schoongemaakt en afgekoeld, kan de volgende stap van het proces beginnen.

In het geval van de Madone gaat het assembleren van de voorgevormde componenten opvallend snel. Er wordt epoxylijm gebruikt om de achtervorken, bottom bracket en voorste framedriehoek aan elkaar te lijmen. Dat gaat volgens een gepatenteerd Step Joint-proces dat ervoor zorgt dat de verbindingen even dik zijn als de aangrenzende buizen zodat er geen extra gewicht of verschil in rijeigenschappen optreedt door de verbinding. Het geheel wordt dan in een pasmal geklemd en tot een solide geheel gebakken in een oven. Als dat klaar is wordt het frame gecontroleerd op sporing en doorgestuurd naar de volgende stap: de afwerking en de lak - waarbij alle handwerk en technologie worden bedekt. En dat in een markt die meer vraagt voor minder, zoals Jim ons uitlegt.

Ze vragen mij vaak: waarom blijft Trek zijn frames hier bouwen terwijl de hele industrie overzees is gegaan, inclusief, en daar moeten we eerlijk over zijn, een flink percentage van de Trek-frames? Waarom hebben we nog steeds deze fabriek? Mijn antwoord is altijd hetzelfde. Je kunt niet verschillende producten bouwen, betere producten maken, als je niet de volledige kennis hebt die ervoor nodig is. De enige manier om te begrijpen hoe frames en carbonconstructies echt in elkaar zitten, is door ze zelf te bouwen. Door onze technici zelf de mallen te laten maken, de lay-up van het carbon te doen en constructies tot leven te zien komen, is cruciaal om het ontwerp naar een hoger niveau te krijgen. Het is heel duur om dingen hier in deze fabriek te maken, maar de producten worden juist daarom beter. Al onze producten zijn beter omdat we weten hoe we ze moeten bouwen. En dat komt omdat we het zelf doen. We kunnen niet gaan zitten wachten totdat iemand anders ons laat zien hoe het moet. Wij willen voorop lopen. Dat is de manier waarop Trek het doet sinds ik hier begon te werken in 1990, en het is de reden dat ik elke dag naar mijn werk kom.""