निर्माता कार्बन फाइबर ले-अप के बारे में शेखी बघारना पसंद करते हैं, इसलिए साइकिल चालक ने यह जांचने का फैसला किया कि इसका क्या अर्थ है और यह प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है।
एक साइकिल, यह बिना कहे चला जाता है, क्रिसमस का अब तक का सबसे अच्छा उपहार है, लेकिन एक पिल्ला के संभावित अपवाद के साथ इसे लपेटना भी सबसे कठिन है। तो गरीब फ्रेम डिजाइनर पर दया आती है, जिसे अपने जटिल वक्रों के चारों ओर कार्बन लपेटना और लपेटना पड़ता है, जैसे कि पके हुए और समाप्त होने पर, फ्रेम वांछित सवारी महसूस करता है। कार्बन फाइबर फ्रेम का निर्माण एक जटिल 3D पहेली है जो रूबिक क्यूब को ग्रहण करती है।
कार्बन की सुंदरता यह है कि, धातु के विपरीत, कई टुकड़ों को चौराहे की अलग-अलग डिग्री पर स्तरित किया जा सकता है और बाइक फ्रेम के किसी भी बिंदु पर आवश्यक प्रदर्शन विशेषताओं और ताकत पर बहुत सख्त नियंत्रण देने के लिए ओवरलैप किया जा सकता है।नकारात्मक पक्ष यह है कि कार्बन अनिसोट्रोपिक है - यह लकड़ी के समान एक दिशा में दूसरे की तुलना में अधिक मजबूत है - जिसका अर्थ है कि ताकत फाइबर की दिशा पर निर्भर है। कार्बन के लिए महत्वपूर्ण भार वहन करने के लिए बलों को इसके तंतुओं के साथ निर्देशित किया जाना चाहिए, जो फाइबर की दिशा को बिल्कुल महत्वपूर्ण बनाता है। एक साइकिल फ्रेम के घटक खंड कई दिशाओं में बलों का अनुभव करते हैं, जिसका अर्थ है कि कार्बन फाइबर कई दिशाओं में भी चलना चाहिए। यही कारण है कि अलग-अलग परतों में अलग-अलग कोणों पर उनके फाइबर होते हैं, आमतौर पर 0° (लाइन में), +45°, -45°, +90° और -90°, और वास्तव में डिजाइनरों द्वारा चुना गया कोई भी कोण यदि यह वांछित विशेषताओं का निर्माण करेगा.
गहराई में
सभी कार्बन फ्रेम के लिए ऐसा ही है। चमकदार एक्सटीरियर के नीचे कार्बन फाइबर के टुकड़ों की कई परतें हैं जिनकी कठोरता, ताकत, आकार, आकार, स्थिति और झुकाव की योजना बनाई गई है, आमतौर पर कंप्यूटर सॉफ्टवेयर पैकेज और इंजीनियरों की विशेषज्ञता के संयोजन से।इसे ले-अप शेड्यूल या केवल ले-अप के रूप में जाना जाता है। जब कार्बन आरा पूरा हो जाए तो बाइक हल्की, प्रतिक्रियाशील, किफ़ायती और साइकिल चलाने की सबसे चरम ताकतों को सहने में सक्षम होनी चाहिए।
साल्ट लेक सिटी में यूटा विश्वविद्यालय में कंपोजिट मैकेनिक्स प्रयोगशाला के निदेशक प्रोफेसर डैन एडम्स, जो खुद एक उत्सुक साइकिल चालक थे और जो ट्रेक के पहले कार्बन फ्रेम के विकास से जुड़े थे, का कहना है कि कार्बन से कुछ भी बनाना है सही ले-अप शेड्यूल के बारे में। वे कहते हैं, 'यह कार्बन / एपॉक्सी प्रीप्रेग की अलग-अलग परतों या परतों के उन्मुखीकरण को निर्दिष्ट करता है, जो अंतिम भाग को मोटा बनाने के लिए ढेर किया जाता है। 'कुछ फ्रेम भागों को दूसरों की तुलना में रखना आसान होता है। ट्यूब अपेक्षाकृत सरल हैं लेकिन उनके बीच के जंक्शन कुछ सबसे जटिल प्लाई ले-अप हैं जो आप किसी भी उद्योग में उत्पादन भागों में देखेंगे जो एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव सहित कार्बन का संरचनात्मक रूप से उपयोग करता है।'
कार्बन की अनिसोट्रोपिक प्रकृति भी सही कार्बन के चयन को महत्वपूर्ण बनाती है।इसके सरलतम रूप में, कार्बन की आपूर्ति के दो तरीके हैं। यूनिडायरेक्शनल (यूडी) में सभी कार्बन फाइबर एक दिशा में चल रहे हैं, एक दूसरे के समानांतर। UD का विकल्प एक बुने हुए कपड़े, या 'कपड़ा' है। इसमें फाइबर होते हैं जो दो दिशाओं में चलते हैं, कार्बन फाइबर की क्लासिक उपस्थिति देने के लिए समकोण पर एक दूसरे के नीचे और ऊपर जाते हैं। सबसे सरल कपड़े में, जिसे सादे बुनाई के रूप में जाना जाता है, फाइबर ग्रिड जैसा पैटर्न बनाने के लिए प्रत्येक क्रॉसिंग (जिसे '1/1' कहा जाता है) के नीचे और ऊपर लेस होता है। कई अन्य संभावित बुनाई पैटर्न हैं। टवील (2/2) थोड़ा ढीला है, इसलिए इसे लपेटना आसान है और इसके विकर्ण पैटर्न द्वारा आसानी से पहचाना जा सकता है, जो शेवरॉन जैसा दिखता है।
फाइबर का मापांक (लचीलापन का एक माप) भी किसी दिए गए ले-अप के लिए मौलिक है। मापांक परिभाषित करता है कि फाइबर कितना कठोर है। 265 गीगापास्कल (जीपीए) पर रेट किया गया एक मानक मॉड्यूलस फाइबर 320 जीपीए पर रेट किए गए मध्यवर्ती मॉड्यूलस फाइबर से कम कठोर होता है।एक ही कठोरता के घटकों को बनाने के लिए एक उच्च मापांक कार्बन की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप हल्का उत्पाद होता है। इसलिए उच्च मापांक फाइबर बेहतर विकल्प की तरह लग सकते हैं, लेकिन एक पकड़ है। रबर बैंड बनाम स्पेगेटी के टुकड़े के साथ एक सादृश्य बनाया जा सकता है। रबर बैंड बहुत लोचदार होता है (इसमें कम मापांक होता है) और इसे बहुत कम बल के साथ फ्लेक्स किया जा सकता है लेकिन टूटेगा नहीं, साथ ही यह झुकने के बाद अपने मूल आकार में वापस आ जाएगा। दूसरी ओर, स्पेगेटी बहुत कठोर (उच्च मापांक) है, इसलिए एक बिंदु पर विरूपण का विरोध करेगा, और फिर बस टूट जाएगा। विपणन विभाग अक्सर नवीनतम फ्रेम डिजाइन में एक निश्चित फाइबर मॉड्यूलस को शामिल करने के बारे में दावा करते हैं, लेकिन ज्यादातर मामलों में बाइक फ्रेम कठोरता, स्थायित्व और फ्लेक्स का वांछनीय संयोजन प्रदान करने के लिए लेआउट के भीतर कई प्रकार के मॉड्यूलस का सावधानीपूर्वक संतुलन है।.
विचार करने के लिए एक और चर है। कार्बन फाइबर का एक किनारा बेहद पतला होता है - मानव बाल की तुलना में बहुत पतला होता है, इसलिए उन्हें एक 'टो' बनाने के लिए एक साथ बांधा जाता है।बाइक के लिए, एक टो में 1, 000 और 12,000 के बीच कुछ भी हो सकता है, हालांकि 3,000 (3K के रूप में लिखा गया) सबसे आम है।
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वे मूल बातें हैं, लेकिन एक ले-अप बनाना जटिल हो जाता है। नेशनल कंपोजिट्स सेंटर, ब्रिस्टल के एक शोध इंजीनियर डॉ पीटर गिडिंग्स कहते हैं, 'शुद्ध ताकत और कठोरता के दृष्टिकोण से आदर्श कंपोजिट में फाइबर से राल का अनुपात संभव होगा और फाइबर में कम से कम मोड़ होगा। बाइक के साथ काम किया और कई वर्षों तक उनसे दौड़ लगाई। 'यूनिडायरेक्शनल फाइबर, सैद्धांतिक रूप से कम से कम, इसके लिए सबसे अच्छा विकल्प हैं। यूडी सामग्री में फाइबर-दिशा में कठोरता-से-वजन अनुपात में वृद्धि हुई है। दुर्भाग्य से यूडी कंपोजिट खराब होने के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं और एक बार क्षतिग्रस्त हो जाने पर, बुने हुए कपड़ों की तुलना में विफल होने की अधिक संभावना होती है।'
यूडी कार्बन परतों से विशेष रूप से एक फ्रेम का निर्माण करने के लिए एक बाइक का निर्माण होगा जो खतरनाक रूप से भंगुर था, सामग्री और मानव-घंटे की लागत के कारण निषेधात्मक रूप से महंगी का उल्लेख नहीं करने के लिए।इसलिए बुना हुआ कार्बन हावी है और किसी भी क्षेत्र के लिए स्पष्ट विकल्प है जहां तंग वक्र और जटिल संयुक्त आकार हैं। खास बात यह है कि लोग इसका लुक पसंद करते हैं। गिडिंग्स कहते हैं, 'सौंदर्य की दृष्टि से, बुने हुए सामग्रियों को यूनिडायरेक्शनल सामग्रियों से बेहतर माना जाता है और समग्रता की जनता की धारणा एक बुने हुए कपड़े है। 'वास्तव में, कई निर्माता उन क्षेत्रों को रंगते हैं [इसलिए छुपाते हैं] जहां फ्रेम निर्माण एक चिकनी, बुने हुए उपस्थिति को रोकता है।
निर्माण में आसानी को भी श्रम लागत को ध्यान में रखते हुए एक ले-अप शेड्यूल में शामिल किया जाना चाहिए। जटिल जोड़ों और आकृतियों के लिए यूडी फाइबर के साथ आदर्श ले-अप बनाने में अधिक समय लगेगा। यह एक और कारण है कि बुने हुए कपड़े अधिकांश कार्बन बाइक निर्माताओं की पसंदीदा पसंद हैं। गिडिंग्स कहते हैं, 'यूडी की तुलना में बुने हुए कपड़े के साथ काम करना आसान होता है और इसे एक आवश्यक आकार में फिट करने के लिए कम कौशल की आवश्यकता होती है। 'यूडी में जटिल आकृतियों के चारों ओर विभाजित या गुदगुदी करने की प्रवृत्ति होती है। ढीले बुने हुए कपड़े अधिक आसानी से अनुरूप होते हैं और संरचना की समग्र ताकत मामूली विनिर्माण दोषों से कम प्रभावित होती है।'
निर्माताओं द्वारा सबसे जटिल क्षेत्रों जैसे बॉटम ब्रैकेट और हेड ट्यूब जंक्शनों पर बुने हुए कार्बन के साथ ले-अप का विकल्प चुनने की संभावना है, लेकिन यह अभी भी उतना आसान नहीं है जितना लगता है क्योंकि विचार करने के लिए एक और कारक है। स्कॉट स्पोर्ट्स के एक बाइक इंजीनियर पॉल रेमी कहते हैं, 'आप न केवल जंक्शनों के आसपास, बल्कि उनके माध्यम से और उसके बाहर फाइबर ओरिएंटेशन की निरंतरता रखना चाहते हैं। 'जंक्शन पर नीचे के ब्रैकेट जैसे जटिल वक्रताएं हो सकती हैं, इसलिए आपको फाइबर के उन्मुखीकरण को जारी रखने के तरीके के बारे में सोचना होगा, ताकि उन पर लोडिंग को स्थानांतरित किया जा सके।'
यहीं पर रेमी जैसे फ्रेम इंजीनियर कंप्यूटर विज्ञान की सहायता के लिए आभारी हैं। अतीत में यह जानने का एकमात्र तरीका था कि विभिन्न ले-अप शेड्यूल परिवर्तन अंतिम परिणाम को कैसे प्रभावित कर सकते हैं, कई प्रोटोटाइप का निर्माण और परीक्षण करना था, लेकिन अब एक ले-अप शेड्यूल को कंप्यूटर द्वारा बहुत अधिक सटीकता के साथ परीक्षण किया जा सकता है। फाइबर का सिंगल स्ट्रैंड एक फ्रेम मोल्ड में नीचे छू गया है।
‘पहले यह जानना वास्तव में मुश्किल था कि ले-अप के सिर्फ एक हिस्से को बदलने से फ्रेम के प्रदर्शन पर क्या प्रभाव पड़ेगा, 'रेमी कहते हैं।
मैसाचुसेट्स स्थित पारली साइकिल्स के संस्थापक बॉब पारली, उन पुराने दिनों को याद करते हैं जब कंप्यूटर ने सभी नंबरों को बड़े चाव से क्रंच किया था: 'यदि आप एक ट्रस संरचना जैसे फ्रेम पर भार को समझते हैं, तो ले-अप सीधा होता है, इसलिए शुरू में मैं उन्हें अपने दिमाग में काम कर सकता था।' पारली ने माना है कि कंप्यूटर परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) का अपना स्थान है। वे कहते हैं, 'मूल रूप से मैं फ्रेम ट्यूब [केबल एंट्री पॉइंट्स या बॉटल केज माउंट्स के लिए] में छेद नहीं करता क्योंकि वे संभावित कमजोर स्पॉट थे, लेकिन अब एफईए हमें बताता है कि उस छेद को मजबूत करने के लिए क्या करना चाहिए।
अधिक परिष्कृत सॉफ़्टवेयर के साथ बढ़ती कंप्यूटिंग शक्ति इंजीनियरों को कम समय में कई वर्चुअल मॉडल का विश्लेषण करने और डिज़ाइन और सामग्री की सीमाओं को आगे बढ़ाने की अनुमति दे रही है।स्पेशलाइज्ड डिजाइन इंजीनियर क्रिस मेर्टेंस के मुताबिक, 'इटरेशन गेम का नाम है। एफईए उपकरण फ्रेम का एक प्रतिनिधि मॉडल बनाते हैं और लक्ष्य प्रत्येक फाइबर के लिए जिम्मेदार होना है। सॉफ्टवेयर मुझे प्रत्येक प्लाई को डिजाइन करने की अनुमति देता है, जो हमारे पास एक मॉडल फ्रेम के लिए 17 लोड मामलों के लिए एक अनुकूलन मॉडल पर आधारित है।'
इसका मतलब यह है कि सॉफ्टवेयर Meertens को निर्देश देता है कि फ्रेम के प्रत्येक क्षेत्र में कितना कार्बन होना चाहिए, और फाइबर के लिए इष्टतम अभिविन्यास। हालाँकि, कौशल यह जानने में है कि कार्बन ले-अप के साथ क्या संभव है और क्या नहीं। कभी-कभी कंप्यूटर ऐसे आदर्शों को उगल देता है जो आदर्श से बहुत दूर होते हैं। 'ज्यादातर समय मैं इसे देखता हूं और कहता हूं, "ऐसा कोई तरीका नहीं है जिससे हम ऐसा कर सकें," मेर्टेंस कहते हैं। 'तो फिर मैं वर्चुअल प्लेज़ को काटने के लिए लैमिनेट ड्रेपिंग सॉफ़्टवेयर में व्यस्त हो जाता हूं और उन्हें वर्चुअल मैनड्रेल पर ड्रेप करता हूं, इसे विनिर्माण व्यवहार्यता और लैमिनेट ऑप्टिमाइज़ेशन पर आधारित करता है।'
यहां तक कि कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर का उपयोग करने में भी इसे समझने में कई दिन लग सकते हैं, और ले-अप को अंतिम रूप से परिभाषित करने से पहले अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है।एक पहलू जहां मानव तत्व आवश्यक है, यह सुनिश्चित करने में है कि सही फाइबर ग्रेड का सही जगह पर उपयोग किया जाता है। मेर्टेंस कहते हैं, '0° फाइबर बहुत कठोर होता है, लेकिन इसमें अच्छी प्रभाव शक्ति नहीं होती है, इसलिए समग्र क्षति को सहनशील रखने के लिए, हमें डाउन ट्यूब के नीचे जैसी जगहों पर बहुत अधिक डालने से बचना होगा। मुझे इस चरण तक पता चल जाएगा कि मुझे किस प्लाई के आकार की आवश्यकता है, लेकिन अब मैं जानना चाहता हूं कि प्रत्येक प्लाई में से कितने हैं। इसलिए मैं एक और अनुकूलन कार्यक्रम चलाता हूं जो मुझे बताता है कि मुझे उन्हें कितना मोटा बनाना चाहिए - अनिवार्य रूप से परतों की संख्या। यह प्लाई के 30 से 50 संयोजनों का कहीं भी विश्लेषण करेगा। हम चार या पांच बार वर्चुअल ड्रेपिंग और ऑप्टिमाइज़ेशन के चक्र से गुजरेंगे, हर बार प्लेज़ को थोड़ा और फाइन-ट्यूनिंग करेंगे। लेकिन किसी बिंदु पर हमें "गो" को हिट करना होगा और इसे भेजना होगा।'
निश्चित गाइड
ले-अप शेड्यूल एक 3डी मैप की तरह है, जो प्रत्येक परत में कार्बन के आकार के प्रत्येक टुकड़े का विवरण देता है। मेर्टेंस कहते हैं, 'फ्रेम को नौ क्षेत्रों में बांटा गया है: दो सीटस्टे, दो चेनस्टे, निचला ब्रैकेट, सीट, टॉप, हेड और डाउन ट्यूब।''हम डेटाम को निर्दिष्ट करते हैं, जो प्रत्येक क्षेत्र के लिए एक अक्ष है। किसी क्षेत्र में कार्बन के प्रत्येक टुकड़े का उन्मुखीकरण तब उस डेटम से संबंधित होता है। एक डाउन ट्यूब में स्थानीय डेटम के सापेक्ष 45°, 30° और 0° पर प्लाई हो सकते हैं। सामान्य तौर पर, उच्च शक्ति वाली सामग्री का उपयोग कोण पर, ऑफ-एक्सिस में किया जाता है। उच्च मापांक सामग्री हम अक्षीय रूप से 0° पर उपयोग करते हैं।'
परिणामी फ़ाइल आकार में 100Mb तक हो सकती है और अंततः फ़ैक्टरी फ़्लोर को भेज दी जाती है। कारखाने में प्रत्येक कर्मचारी को केवल उस फ्रेम के हिस्से से प्रासंगिक हिस्सा प्राप्त होता है जिसे बनाने के लिए वे जिम्मेदार होते हैं। यह अभी भी अंतिम उत्पादन रन नहीं है। निर्मित फ्रेम इस स्तर पर एक प्रोटोटाइप है और इसे अभ्यास में प्रदर्शन करने वाले फ्रेम में डिजिटल रूप से डिज़ाइन किए गए ले-अप परिणामों को सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण करने की आवश्यकता है। अल्ट्रासाउंड, एक्स-रे निरीक्षण और शारीरिक विच्छेदन से टुकड़े टुकड़े की मोटाई का पता चलता है। कहीं और राल मैट्रिक्स को फाड़ना की गुणवत्ता को उजागर करने के लिए जला दिया जाएगा और क्या सामग्री या फाइबर माइग्रेट हो गए हैं। झुकने वाले परीक्षणों को एफईए विश्लेषण के समान परिणाम दिखाना चाहिए।हालांकि, अंत में, यह एक इंसान है जो इसे सड़क पर उतारता है।
'बाइक की सवारी करना ही एकमात्र तरीका है जिससे हम वास्तव में इसकी मात्रा निर्धारित कर सकते हैं, ' बॉब पारली कहते हैं। 'हम झुकने और लोड परीक्षण कर सकते हैं लेकिन हमें बाहर निकलने और इसकी सवारी करने की ज़रूरत है ताकि यह देखने के लिए कि यह कैसा प्रदर्शन करता है।' जब मॉडल मस्टर पास करता है, तो अंततः उत्पादन को हरी बत्ती दी जाती है।
अधिकांश बाइक उत्पादन सुदूर पूर्व में होता है, और यह ले-अप शेड्यूल पर और भी अधिक महत्व रखता है। सूक्ष्म रूप से विस्तृत योजना, यदि पत्र का पालन किया जाता है, तो यह सुनिश्चित करना चाहिए कि उन बड़े कारखानों से निकलने वाले उत्पाद अंतिम प्रोटोटाइप चरण में परीक्षण किए गए और पारित किए गए समान जुड़वां हैं। बेशक अधिकांश ब्रांड निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए उत्पादन फ्रेम का लगातार परीक्षण और पुन: परीक्षण करते हैं ताकि दुकानों तक पहुंचने वाली बाइक ग्राहकों की अपेक्षाओं को पूरा कर सकें। ज्यादातर मामलों में निर्माता एक फ्रेम की पूरी यात्रा का पता लगा सकते हैं, ठीक पहले फाइबर स्ट्रैंड की उत्पत्ति के लिए। अगली बार जब आप खड़े हों और अपने गर्व और आनंद को निहारें, तो यह सोचने वाली बात है।
