Uhlík, kevlar či kompozit – Time Bicycles

V tomto pokračovaní nepravidelnej a občasnej série článkov na tému „Uhlík, kevlar či kompozit...“ sa dostaneme na pomyselný „Olymp“, čo sa týka karbónovej produkcie.

Podarilo sa mi totiž navštíviť jednu výnimočnú továreň na výrobu špičkových cestných rámov, a tak prinášam reportáž zameranú hlavne na technickú stránku veci. Aj napriek tomu, že sa jedná o francúzsku firmu, nemusel som cestovať nijak ďaleko. Pre mnohých bude určite prekvapením, že po bránu výrobného závodu stačilo iba dvadsať minút po diaľnici z Bratislavy smerom na Záhorie. Ak ste to ešte nezachytili, tak vedzte, že v Gajaroch pôsobí od roku 2003 firma venujúca sa výrobe karbónových cyklodielov pre značku Time Bicycles a to, ak dobre rátam, je už takmer 20 rokov.

Niečo z histórie

Koncom osemdesiatych rokov začína nový materiál hýbať cyklistickým svetom, a tak zakladateľ značky TIME, pán Roland Cattin, spúšťa prvé výrobné linky. No a keďže okolo seba sústredil skutočných „zanietencov“ do karbónových technológií, priniesol do cyklistického sveta niekoľko unikátnych a vskutku pozoruhodných riešení, o ktorých sa dočítate v tomto článku. Po nešťastnom úmrtí majiteľa a zakladateľa v roku 2016 preberá firmu na tri roky francúzsky gigant Rossignol, no po prehodnotení priorít, kedy si pod značkou ponechal Rossignol len MTB a e-MTB sortiment, sa firma Time Bicycles dostáva do rúk súčasných majiteľov. Že si zakladateľa firmy vážia, ma presviedča hneď vstupná hala, v ktorej fotím túto pamätnú tabuľu.


Hneď druhá nástenka vo vstupnej hale v koncentrovanej podobe zahŕňa všetko, čo ma v tejto továrni na karbónové zázraky očakáva. Veľmi sa na túto exkurziu teším a mám asi podobnú radosť, akú zažívajú deti pri návšteve čokoládovne... .

Výroba karbónových produktov

Práve tam umožňuje precízny návrh a výber materiálov vyrobiť produkt, ktorý má náskok pred konkurenciou.

Ako už bolo uvedené v predchádzajúcich sériách článku (linky v závere) o karbónových technológiách, existujú tri základné úrovne výroby. Najjednoduchším a najmenej sofistikovaným je ručné vkladanie tkaniny a sýtenie živicou do formy. Prípadné vákuovanie a vypekanie v autokláve je asi vrcholom tohto technologického postupu. Druhým, masívne využívaným spôsobom je vkladanie nastrihaného prepregu (pre oživenie spomienok... je to nasýtená tkanina napustená čiastočne vytvrdenou živicou) do foriem a následne vypekanie a tlakovanie vnútornej - dutej časti formy vzduchom prostredníctvom rôznych balónikov či plastových pančušiek.


Na jednej strane čistá a progresívna technológia, no jej úskalia sa ukrývajú práve v tom vnútornom tlakovaní. Nikto nevie predpovedať, čo sa pri vypekaní vo vnútri formy deje a či tlak je rozložený rovnomerne. Stačí mierny záhyb (v praxi obvykle niekoľko desiatok záhybov) na plastovom balóniku a v štruktúre materiálu sa môže objaviť nerovnomernosť či defekt. Tento zásadný nedostatok rieši RTM – resin transfer molding, pri ktorom sa do formy nasucho vkladá voskové jadro s presne definovanými rozmermi, obalené rovnako presne definovaným množstvom vlákien. Po uzavretí formy sa do vzniknutej medzery vtláča pod vysokým tlakom živica, ktorá veľmi presne a kontrolovane vyplní priestor a presýti, resp. zmáča vlákna.

Začína to vláknami

Technologický postup RTM aplikovaný firmou Time Bicycles ide ešte o krok ďalej. Dalo by sa povedať, že si vedia karbónový rám upliesť alebo ak chcete, tak doslova „uštrikovať“ z karbónových vlákien. Túto jedinečnú technológiu nazvali „Braided Carbon Structure“ (BCS). Materiálovým vstupom sú uhlíkové vlákna s rôznym modulom pružnosti, ako aj iné, synteticky vyrobené vlákna, ktoré poznáme pod obchodnými názvami Kevlar či Vectran.


Okrem toho sa pri zapletaní používajú aj vlákna, ktoré sú predmetom obchodného tajomstva a jediným spôsobom, ako ich aspoň čiastočne identifikovať v spleti uhlíkových vlákien, je iná než čierna farba. Všetky tieto vlákna sa na špeciálnych strojoch zapletajú do nekonečných „pančúch“, ktoré sa po nastrihaní na príslušnú veľkosť ručne naťahujú na voskové formy.


Tajomstvom úspechu je vzájomná kombinácia vlákien, ich výsledná orientácia a presah do miest, v ktorých sa spájajú (tento proces je rovnako predmetom obchodného tajomstva). Logicky najväčšie zaťaženie sa v bicyklových rámoch kumuluje do miest, ako je stredové zloženie, hlavová a sedlová rúrka či zadná stavba. Práve tam umožňuje precízny návrh a výber materiálov vyrobiť produkt, ktorý má náskok pred konkurenciou. Zapletanie vlastných, jasne definovaných polotovarov – „pančúch", dáva konštruktérovi takmer neobmedzenú možnosť pohrať sa do úplného detailu s každým milimetrom aj v tom najexponovanejšom mieste rámu. Pretože výsledná pevnosť či tuhosť, nech je akokoľvek dôležitá, nie je jedinou doménou. Do hry vstupuje aj tlmenie rezonancií, torzná tuhosť, ako aj samotná životnosť, či odolnosť rámu pri používaní.

Kladenie vlákien

Na opletenie komplet celého rámu, ako už bolo spomenuté, je použitých veľké množstvo rôznych spletených pančúch, pričom exponované diely sa vystužujú ďalšími prídavnými vláknami. Celý postup je samozrejme prísne stráženým firemným tajomstvom a naučiť sa túto precíznu prácu trvá údajne až rok. Koľko trvalo nájsť presný postup, množstvo a smer kladenia vlákien, aby bol výsledný produkt čo najľahší a zároveň pevný, to mi sprevádzajúci majiteľ firmy neprezradil. Treba si uvedomiť, že hrúbka steny medzi voskovým jadrom a kovovou formou je variabilná, a teda je variabilné aj množstvo uhlíka a živice, ktoré do tejto medzery vieme vtesnať. Na obrázkoch je na ráme finálna, pohľadová vrstva ešte stále suchej tkaniny.

Ide sa do formy

Po vložení do formy sa táto uzatvára pomocou masívneho lisu a začína proces infúzie. Namiešaná živica prúdi pod tlakom do formy z jednej strany, z druhej uniká prebytočný vzduch. Až keď z formy prestanú unikať bublinky, máte istotu, že celý priestor je vyplnený živicou dôsledne a do posledného kútika formy. Potom nastáva ohrev formy na presne stanovenú teplotu, aby sa urýchlilo vytvrdzovanie. Teplota však nesmie byť príliš vysoká, aby sa nezačali topiť voskové jadrá vo forme. Z tohto dôvodu je vytvrdzovanie rozdelené na dve fázy. Tá prvá sa odohráva práve v tejto forme. Výsledkom je síce pekný, ale pomerne ťažký rám, pretože obsahuje kovové tŕne a voskové jadrá rúrok.

Opäť bude horúco

Následne sa rám „odzbrojí“ od kovu a zavesí sa do veľkej pece. Tam prebieha záverečné vytvrdzovanie živice, tzv. „post curing“ a zároveň vytekanie roztopeného tekutého vosku z vnútra rámu. Ten sa zachytáva do nádob a ide opäť na začiatok výrobného procesu, kde sa z neho opäť vyrábajú jadrá do formy. Rám, tentokrát už vo svojej takmer finálnej hmotnosti, absolvuje niekoľko skrášľovacích procedúr. Brúsenie nahrubo, pieskovanie a brúsenie najemno.

Lepenie rámu

V ďalšom procese výroby prichádza surový rám (predná časť) a zadné vzpery do miestnosti, kde sa tieto diely spájajú do jedného celku. Tu sa rodí celková geometria a v podstate aj pevnosť finálneho produktu. Každý typ a každá veľkosť rámu má svoju vlastnú mustru nazývanú „gabarit“, do ktorej sa na stotiny milimetra presne kotví rám a zadné vzpery.


Time Bicycles tieto spoje nijako nemaskuje a deliace roviny si môžete jasne pozrieť aj na finálnom produkte.

Finálne úpravy

V ďalšej miestnosti sa vŕtajú a frézujú všetky potrebné otvory, nasleduje lakovanie, lepenie nálepiek a znova lakovanie. Z farebných kombinácií sú zastúpené biela, modrá, červená, šedá alebo bez farby len s priesvitným lakom na zvýraznenie karbónovej štruktúry.


Rovnako si môžete objednať rámovú sadu bez akejkoľvek povrchovej úpravy a spraviť si doma svoj vlastný dizajnový skvost podľa originálneho návrhu. Ak dáte prednosť firemnej grafike (mimochodom veľmi vydarenej), tak nasleduje záverečné leštenie a skutočne precízna výstupná kontrola grafického dizajnu.

Objímky a pätky

Tieto malé detaily na bicyklovom ráme sú v drvivej väčšine prípadov v réžii duralu a CNC fréz. Nie však v Time Bicycles (kde si uvedomujú, že spoje dural - karbón bývajú problematické), kde by ste obrábanie duralových pätiek hľadali márne. Aj v tomto si návrhári našli svoju vlastnú cestu a vyrábajú si túto prepotrebnú „bižutériu“ sami postupom nazývaným CMT (Carbon Matrix Technology). Základom je špeciálna zmes sekaných vlakien a živice od externého dodávateľa v podobe hrubých plátov dodávaných v zmrazenom stave.

Tie sa precízne narežú do obdĺžnikového tvaru a presne sa navážia. Po jemnom zahriatí sa valcujú do tvaru cylindra a potom opäť po presnom prevážení sa znovu zmrazia. Proces lisovania začína vložením „náboja” do piestnice a zatláča sa silou cez 100 ton do vopred predhriatej formy. Po „vstrelení" náboja začína proces vypekania. Vysoký tlak a presne stanovená teplota zabezpečia vyplnenie všetkých medzier vo forme a vo výsledku máme extrémne pevný, funkčný, technicky ľahší a pekný detail.

Vidlice

Samostatnú kapitolu si zasluhujú aj vidlice. Okrem vysokej kvality danej technológiou výroby a pozoruhodnej pevnosti išli v tejto firme ešte ďalej. K pasívnemu tlmeniu vibrácií vhodnou kombináciou rôznych syntetických vlákien „pripletených“ do konštrukcie, ktoré dokážu čiastočne eliminovať rezonancie od 25 do 50 Hz, vznikajúce jazdou po drsnom asfalte, pridali aj patentovo chránené aktívne tlmenie.


To pracuje na princípe vloženého závažia na presne vypočítanej rezonančnej plôške, resp. jazýčku. Pri vidlici na ráfkové brzdy sú tieto závažia dve (každé v jednej nohe). Vo vidlici určenej na kotúčovú brzdu je jedno väčšie závažie situované v časti, na ktorej nie je pripevnená brzda. Identifikovať sa tento systém dá veľmi jednoducho podľa rozšírenia vidlice, v ktorej je ukryté toto závažie. Takáto vidlica sa dá objednať ako príplatkové príslušenstvo k rámu.

Perspektíva výroby

Prehliadka štyroch veľkých hál ma nenechala na pochybách, že s odbytom aj takto rozsiahlej výroby nie je žiaden problém a obrazne povedané sú „vypredaní“ na polroka dopredu. Dominantným trhom sú Spojené štáty a z európskych krajín (samozrejme aj z historických dôvodov) Francúzsko. Ťažiskom ich výroby sú hlavne rámové sety, keďže väčšina zákazníkov uprednostňuje vlastný výber komponentov.

Dobrou správou pre Slovensko je fakt, že v tejto firme plánujú vytvoriť nové vývojové oddelenie priamo v areáli podniku v Gajaroch. Preto, ak cítiš v sebe vlohy na prácu s navrhovaním karbónových produktov podloženú „skills“ v 3D grafike, ovládaš dobre angličtinu (francúzština je úplne top...) a do Gajár ti nie je ďaleko, skús kontaktovať ich Há-eRko, pretože „dream job“ môže byť nablízku a tvoj... .

Ak vás tento článok zaujal, môžete si prečítať aj ostatné články s podobnou tematikou:

• Uhlík, kevlar či kompozit – osobnosti
• Uhlík, kevlar či kompozit - alebo karbón? III. diel
• Uhlík, kevlar či kompozit - alebo karbón? II. diel
• Uhlík, kevlar či kompozit - alebo karbón?