มร.ริชาร์ด แม็ทธิวส์ หัวหน้าฝ่ายวิจัยและพัฒนาผลิตภัณธ์ (R&D)ของแบรนด์จักรยานยักษ์ใหญ่ Cervelo หนึ่งในแบรนด์แรกๆที่ให้ความสำคัญกับการใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อสร้างสรรค์รูปทรงที่ล้ำสมัย ให้โอกาสเราได้พูดคุยเชิงลึกเกี่ยวกับวัสดุชนิดนี้เมื่อครั้งที่เขามาเยือนประเทศไทยแบบส่วนตัว การทำงานของฝ่าย R&D จะสอดประสานไปกับฝ่าย ออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ (Design And Development) แต่มุ่งเน้นไปที่การค้นหาวัสดุและวิศวกรรมใหม่ๆเข้ามา รวมถึงการพัฒนาวิศวกรรมและวัสดุที่มีในปัจจุบันให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดอีกด้วย
ด้วยพื้นหลังของการเป็นนักปั่นที่หลงใหลในจักรยาน และความรู้และเชี่ยวชาญในด้านวัสดุศาสตร์ ในกลุ่มวัสดุคอมโพสิต ทำให้เขาเข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของ Cervelo อย่างไม่ยากเย็น โดยมีประสบการณ์ในด้านวิศวกรรมวัสดุศาสตร์ของอุตสาหกรรมทางอากาศมากว่า 25 ปี หลังจากที่เขาอยู่ในวงการวิศวกรรมคาร์บอนของเครื่องบิน อากาศยาน ดาวเทียม ในที่สุด เขาก็ย้ายมาทำงานกับ Cervelo ในตำแหน่งสำคัญ และเป็นผู้ควบคุมทิศทางของการพัฒนาผลิตภัณฑ์นี้มาในช่วงทศวรรษล่าสุด นับตั้งแต่ปี 2007 สองโครงการแรกที่เขาเข้ามาจับคือโครงการพัฒนา R5CA และ P5X ซึ่งเพิ่งเริ่มบนกระดาษเท่านั้น และเขาคือคนที่อยู่เบื้องหลังผลลัพธ์ของเฟรมทั้งสองในแง่ของวิธีการใช้คาร์บอน
คาร์บอนไฟเบอร์ ที่ใช้มาตั้งแต่ทศวรรษที่ 60s ในอุตสาหกรรมนั้น เทียบกับคาร์บอนในปัจจุบัน ตัวมันเองไม่ได้แตกต่างอะไรกันมากเลย ในระยะเวลา เกือบ 60 ปี ที่โลกใช้เส้นใยชนิดนี้ เรายังไม่สามารถหาทางพัฒนามันให้ข้ามกำแพงของตัวมันเองไปได้ แต่สิ่งสำคัญที่ทำให้ผลลัพธ์ของมันแตกต่างกันอย่างมากคือเรื่องของการนำมันมาใช้ กระบวนการผลิต และระบบอุตสาหกรรม โดยพื้นฐานแล้วไม่ว่าอดีตหรือปัจจุบัน มันยังเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้แรงงานฝีมือมากกว่าเครื่องจักร ทำให้ต้นทุนของมันสูงมากในอดีต แต่เมื่อทุกๆอุตสาหกรรมใช้งานคาร์บอนไฟเบอร์มากขึ้น ทำให้ต้นทุนของคาร์บอนลดลงอย่างมากในระยะเวลาครึ่งศตวรรษ ในแง่การออกแบบ ยกตัวอย่างเช่นการใช้คาร์บอนไฟเบอร์มาสร้างเป็นท่อแล้วประกอบเป็นจักรยาน แต่ปัจจุบัน เราใช้แผ่นคาร์บอนเล็กๆมาประติดประต่อกันเป็นเฟรมตามแบบ เหมือนงานศิลปะกระดาษ มันให้ความแข็งแรง และความหลกหลายในวัสดุที่ยอดเยี่ยมกว่า
ปัจจัยที่โลกอาจไม่รู้คือ ย้อนกลับไป 35 ปีที่แล้ว นักศึกษาวัสดุศาสตร์จะเรียนเนื้อหาของวิชาโลหะเป็นหลัก เพราะเรายังไม่มีอาจารย์ผู้สอนที่เชี่ยวชาญในเรื่องของคอมโพสิตมากเท่าปัจจุบัน การศ฿กษาและวิจัยยังเพิ่งเริ่มต้น กระทั่งอุตสาหกรรมพัฒนาต่อไป มีการวิจัยของอุตสาหกรรมต่างๆเข้ามาผลักดันคาร์บอนไฟเบอร์ส่งผลให้ความรู้ในวัสดุชนิดนี้พุ่งต่อไปข้างหน้า จนเราพบว่า การใช้คาร์บอนให้ได้ประโยชน์มากที่สุดคือการใช้ทิศทางในการรับแรงของมัน จากตัวอย่างแท่งคาร์บอนเล็กๆ (ในรูปภาพประกอบ) ที่มีน้ำหนักเท่ากัน ขนาดเดียวกัน แต่ใช้คาร์บอนวางในแนวที่แตกต่างกัน ชิ้นหนึ่งบิดได้ในแนวยาว อีกชิ้นบิดได้ในแนวขวางเท่านั้น ในขณะที่อีกชิ้นหนึ่งเราวางสลับทิศทาง และให้ผลที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง เหล่านี้ เป็นตัวอย่างว่าเราสามารถออกแบบการวาง ชิ้นส่วน และการผลิตเฟรมจักรยานจากคาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อให้ได้เฟรมที่ดีขึ้นได้ในปัจจุบัน โดยที่เรายังไม่ต้องเปลี่ยนชนิดของคาร์บอนเลยด้วยซ้ำ ประกอบกับการพัฒนาตัวคาร์บอนสเป็คต่างๆ ตอนนี้นักพัฒนาจักรยาน มีตัวเลือกและวิศวกรรมที่ไปไกลกว่าเมื่อเราเริ่มใช้คาร์บอนเข้ามาในโลกของเรามาก แต่มันก็แลกกับความยากของแรงงานผลิตที่ต้องมีฝีมือ กระบวนการควบคุมที่ต้องถี่ถ้วน และการควบคุมคุณภาพของชิ้นงาน เพราะความแตกต่างเพียงเล็กน้อย สามารถทำให้เฟรมที่ได้นั้นเกิดจุดวิกฤติที่ทำให้คุณสมบัติของมันไม่ผ่านเกณฑ์การทดสอบได้เลยทีเดียว นี่คือเหตุผลสำคัญที่ทำให้เฟรมในระดับสูงสุด ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตที่ซับซ้อนจึงมีราคาสูงกว่าแบบก้าวกระโดดเมื่อเทียบกับเฟรมที่รองลงมา และใช้เทคโนโลยีที่มีจำนวนการใช้ผลิตมากกว่า วันหนึ่ง เมื่อเทคโนโลยีก้าวต่อไป ความสุดยอดของระดับบน ก็จะถูกถ่ายทอดลงมายังระดับกลาง ทำให้ราคามันลดลง เป็นวัฏจักรเช่นนี้ไปเรื่อยๆ
“แม้แต่ในช่วงทศวรรษที่ 90 ที่ผมยังเรียนอยู่ ในเวลานั้นมีวิชาเกี่ยวกับคาร์บอนไฟเบอร์ให้เรียนน้อยมากๆ เมื่อเทียบกับในปัจจุบัน”
ประโยคบอกเล่าของเขา น่าจะสะท้อนว่าการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมนี้เป็นไปอย่างไม่ง่ายนัก และค่อยๆดีขึ้นทีละน้อยทุกๆปี หากคณเปรียบเทียบเฟรมจีกรยานที่พัฒนาต่อเนื่องกันในแต่ละปี มันอาจแตกต่างกันเพียง 1-2 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น แต่เมื่อผ่านไป 10 ปี มองย้อนหลังกลับไป คุณจะพบว่า คาร์บอนไฟเบอร์ชั้นสูงมในปัจจุบัน แตกต่างจากที่ผ่านมาอย่างสิ้นเชิง มาตรฐานของสุดยอดคาร์บอนเมื่อสิบปีที่แล้ว เป็นเพียงระดับกลางของคาร์บอนไฟเบอร์ในปัจจุบันเท่านั้น
เมื่อถามถึงอนาคตว่าเราจะทำอย่างไรฝห้คาร์บอนไฟเบอร์พัฒนาต่อไปได้ทั้งในแง่ของคุณสมบัติและราคาตลาด สิ่งที่เราได้รับคือคำตอบที่กว้างไกลกว่าเรื่องของวิศวกรรมมาก เพราะตัวแปรสำคัญของการใช้คาร์บอนไฟเบอร์ในอุตสาหกรรมใหญ่ต่างหากคือปัจจัยที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ในมุมของจักรยาน เป็นเพียงอุตสาหกรรมเล็กๆในกลุ่มของสินค้าเพื่อการกีฬาที่เทียบแล้วเล็กมากๆในการใช้คาร์บอนไฟเบอร์ของโลก เราไม่สามารถพัฒนาผลักดันอะไรได้มากนักเทียบกับการใช้งานของอากาศยาน และยานยนต์ ปัจจุบันวัสดุนี้เข้ามามีส่วนในยานยนต์เพื่อการอุปโภคทั่วไปแล้ว ในอนาคตมันจะเข้ามามีส่วนในรถยนต์บ้านมากขึ้น และนั่นเองคือสิ่งที่จะจุดให้การพัฒนาของวัสดุชนิดนี้พุ่งทะยานออกไปอีกก้าว มันจะสร้างงานวิจัยใหม่ๆที่เปลี่ยนองค์ความรู้ของวิศวกรในปุจจุบัน และทำให้ต้นทุนการผลิตของวัสดุนี้ถูกลง เมื่อแรงงานมีความชำนาญมากขึ้น มีโรงงานเกี่ยวกับคาร์บอนไฟเบอร์ที่มากขึ้น ท้ายที่สุดมันคือปลายทางที่ดีสำหรับผู้บริโภค
ความเชื่อทีผ่ิดของคาร์บอนไฟเบอร์
จากปากคำของผู้เชี่ยวชาญ เมื่อเราถามถึงสิ่งผิดๆที่คนมักเข้าใจไม่ถูกต้องของคาร์บอนไฟเบอร์ เขาให้คำแนะนำที่น่าสนใจกับเราดังนี้
“อะไรคือวัสดุคอมโพสิต?”
นี่คือความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่สุด มันไม่ใช่พลาสติค ไม่ใช่ชิ้นวัสดุแต่มันคือเส้นใยที่นำมาทอเป็นผืน ไม่ต่างจากผ้า เมื่อทอแล้วก็นำมาประกอบซ้อนๆกันเป็นเป็นผลงาน และการที่มันได้ชื่อว่า”คอมฑพสิต” มันมาจากการรวมกันของวัสดุที่แตกต่างกันในแง่นี้คือ คาร์บอน และ อีพ็อกซี่ ที่ประสานให้มันอยู่ด้วยกัน ในเรื่องของอะลูมีเนียม ถ้ามันคือโลหะเดียวกัน ชนิดเดียวกัน การผลิต การควบคุมเดียวกัน รูปร่างเดียวกัน มันจะออมาเหมือนกันทุกอย่าง แต่สำหรับวัสดุคอมโพสิต การนำมันมาประกอบกันจะสร้างความแตกต่างได้ แม้ว่าจะมีหน้าตาเหมือนกัน ผลิตจากของอย่างเดียวกัน น้ำหนักเท่ากัน คุณสมบัติตะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงได้ นี่คือสิ่งสำคัญที่คนส่วนมากยังไม่เข้าใจ พวกเขายังคิดว่าคาร์บอนก็เหมือนๆกัน
“คาร์บอนไฟเบอร์ใช้เครื่องจักรผลิต”
นี่คืออีกสิ่งที่คนมักเข้าใจผิดกัน พวกเขานึกภาพของอุตสาหกรรมไฟเบอร์ว่าเป็นอุตสาหกรรมแห่งเครื่องจักร มีหุ่นยุนต์มากมายทำหน้าที่ของัมนพเราะมันดูเป้นวัสดุแห่งอนาคต แต่ความเป็นจริง นี่คือกระบวนการผลิตที่อาศัยแรงงานฝีมือเป็นสำคัญ เครื่องจักรมีหน้าที่ช่วยให้การผลิตควบคุมได้มากขึ้นเท่านั้น ตั้งแต่แรงงานชั้นต้น จนถึง การควบคุมคุณภาพ อุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ยังต้องอาศัยมนุษย์ผู้ชำนาญในงานของตนเป็นส่วนหลัก และหากมนุษย์นั้นมีความผิดพลาด มันก็จะส่งผลมายังชิ้นงาน ดังนั้น กระบวนการที่แพงของการผลิตชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์คือการควบคุมคุณภาพให้คงที่ การทำลายชิ้นงานที่ไม่ได้ตามมาตรฐานทิ้งไป โรงงานที่เก่ง คือโรงงานที่ทำได้มาตรฐานที่สุดโดยเสียหายน้อยที่สุด นั่นคือมีแรงงานที่ยอดเยี่ยมในทุกกระบวนการ ในอุตสาหกรรมของเราไม่ใช่หุ่นยนต์อัตโนมัติ
“คาร์บอนไฟเบอร์มีอายุการใช้งาน”
นี่คือความเชื่อที่ผิดในยุคปัจจุบัน ย้อนกลับไปในยุค 70s นี่คือความจริงของสมัยนั้น เพราะความเข้าใจในวัสดุชนิดนี้ยังไม่มาก เรายังไม่สามารถผลิตให้มันแข็งแรงได้อย่างที่เราต้องการ การประกอบยังคงใช้กาวและสารประกอบที่ไม่ดีพอ แม้แต่อีพ็ิกซี่เองก็แตกต่างจากในปัจจุบันมาก อีพ็อกซี่ในปัจจุบันไม่มีความเสื่อมถอยจากรังสีอัลตร้าไวโอเล็ทอีกแล้ว ทำให้เฟรมคาร์บอนยุคใหม่ๆ ไม่มีการเสื่ออายุดังเช่นสมัยก่อน ยกตัวอย่างเช่น Cervelo R3 ที่ผลิตออกมาในปี 2010 ถูกทดสอบด้วยเครื่องจักรที่ส่งแรงกระทำเท่ากับสปรินท์เตอร์อาชีพต่อเนื่องกันทุกๆวินาที ตามมาตรฐานของ ISO ระบุที่จำนวนทดสอบ 100,000 คร้ง แต่ R3 ถูกทดสอบที่ 200,000 ครั้งอย่างต่อเนื่อง และความเสียหายเกิดขึ้นที่จำนวนการทดสอบกว่า 2,000,000 ครั้งเมื่อผ่านไป 7 วันที่เฟรมต้องรับแรงมหาศาลติดๆกัน ความเสียหายดังกล่าวเกิดขึ้นที่ดร็อปเอาท์อะลูมีเนิียมฉีกหัก ไม่ใช่ที่ชิ้นส่วนของเฟรมคาร์บอน
จินตนาการที่กว้างไกลของวัสดุศาสตร์ในจักรยาน
เราได้โยนคำถามเกี่ยวกับอนาคตของอุตสาหกรรมนี้ต่อเขา แน่นอนว่าเขาไม่สามารถตอบเราได้ในมุมของความลับในการออกแบบของ Cervelo แต่เขาให้ความเห็นในมุมของอุตสาหกรรมโดยรวมว่าเราน่าจะมีกระบวนการผลิตที่ดียิ่งขึ้น มีของเสียเหลือทิ้งน้อยลง คุณภาพของการผลิตมีมากขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนลดลง และทำให้ราคาของมันถูกลง เมื่อถูกลงก็เข้าถึงตลาดได้ง่ายขึ้น และย้อนมาผลักดันให้มันพัฒนาต่อไปได้ มันอาจจะยากที่จะพูดว่าเมื่อไหร่ที่เราจะเห็นคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุหลักของอุตสาหกรรมจักรยาน ผมหวังว่ามันจะเป็นในระยะ 10 ปีนี้ ขึ้นอยู่กับอุตสาหกรรมใหญ่กว่าอื่นๆด้วย ถ้าอุตสาหกรรมใหญ่ของโลกเข้ามาในคาร์บอนไฟเบอร์มากขึ้น มันคุ้มที่เราจะพัฒนา”กระบวนการผลิต” เพราะมันใช้ต้นทุนสูงกว่ามาก ลำพังอุตสาหกรรมกีฬา ไม่คุ้มค่าที่จะพัฒนากระบวนการผลิตใหม่ๆขึ้นมาได้ ในแง่ของตัววัสดุล้วนๆ เรายังไม่ได้พัฒนาอะไรไปมากเลย และจะยังไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงมากในอนาคอันใกล้ ย้อนกลับไป 30 ปีที่แล้ว ในการศึกษาวิชาวัสดุคอมโพสิต ยังมีวัสดุอีกมากมายที่เราเรียนรู้ในเวลานั้นในแง่ของทฤษฏี แต่ยังไม่สามารถนำมันมาใช้ในอุตสาหกรรมได้ มันจะยิ่งทำให้การออกแบบดียิ่งขึ้นอย่างแน่นอน แต่การนำมาใช้ต้องมีความต้องการรองรับ การผลิตและกระบวนการต้องพร้อม เพราะถ้าทำออกมาแล้วราคาสูงจนไร้เหตุผล มันก็ไม่ได้เปลี่ยนโลกไปได้
คำแนะนำในการเลือกซื้อชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์
เราลองถามผู้เชี่ยวชาญว่าก่อนที่เราจะซื้ออุปกรณ์คาร์บอนสักชิ้น เราควรจะรู้อะไรกับมันบ้าง คำตอบนั้นเรียบง่ายมาก เขาแนะนำให้มองหาแหล่งที่มาที่มั่นใจได้ เพราะโอกาสที่จะเกิดปัญหาในการผลิตนั้นมีอยู่ แบรนด์ใหญ่ๆที่ใช้เวลาในการพัฒนา โรงงานผลิตที่มีมาตรฐานเท่านั้น ที่จะทำให้คุณมั่นใจได้ว่ามันจะมีคุณภาพสมกับที่คุณจ่ายไป
ประการสำคัญอีกอย่างคือ คุณต้องถามตัวคุณเองว่าคุณต้องการคาร์บอนไฟเบอร์จริงๆหรือไม่ หรือเพียงเพราะความหลงใหลเท่านั้น หากคุณมองหาจักรยานเพื่อสัญจรไปทำงาน ระหว่างที่ต่างๆ มันอาจไม่ใช่สิ่งที่สำคัญที่สุดที่คุณต้องการจากจักรยานคาร์บอน
Special Chats
คุณรู้หรือไม่ว่ายังมีเรื่องราวเล็กๆที่เขาเล่าให้ฟัง?
-UCI กับนักพัฒนาเคยเป็นเหมือนขั้วตรงข้ามกันมานานแสนนาน เมื่อพวกเขายังอยู่กับแนวคิดของจักรยานเหล็ก การที่นักพัฒนาผลักดันรถไปจนไกลกว่าจินตนาการของพวกเขา พวกเขาจคงต้องออกมาสร้างกฏเพื่อควยคุมรถให้อยู่ในกรอบเดียวกัน แต่นั่นคืออดีต เพราะในระยะหลังมานี้ UCI ก็เปลี่ยนไปมาก พวกนักพัฒนาสามารถหารือกับพวกเขาได้ก่อนจะลงมือออกแบบให้สำเร็จ นับเป็นทิศทางที่ดีในกีฬาจักรยาน
-Cervelo P5X เป็นเฟรมจักรยานที่ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ชิ้นเดียวทั้งคันอย่างแท้จริง ตัมันเองไม่มีรอยต่อของวัสดุที่ขึ้นรูปแยกชิ้นมาประกอบกัน แต่ แต่ละขนาด จะมีต้นแบบหลักของมันเอง ทุกๆช่องเปิดต่างๆ ถูกออกแบบเป้นช่องว่างและใช้คาร์บอนโดยคำนึงถึงช่องนั้นตั้งแต่แรก การวางชิ้นคาร์บอนจึงถูกพัฒนามาให้เป็นเช่นนั้น ไม่ใช่การขึ้นรูปแล้วเจาะเป็นช่องทีหลัง และนี่คือที่มาของค่าตัวที่สูงของมัน Cervelo สร้างเฟรมต้นแบบเพื่อศึกษาในช่องว่างที่ท่อบนเพียงอย่างเดียวมากกว่า 126 เฟรม หลังจากการจำลองในระบบคอมพิวเตอร์นับแรมเดือน และพวกเขาก็ยังทำมันแตกทั้งหมดก่อนที่จะค้นพบวิธีแก้ปัญหา
–ทุกๆช่องว่างที่มีบนคาร์บอนไฟเบอร์ ไม่ว่าจะเป็นการตัด การเจาะ หอกไม่มีการเสริมแรงเข้าไปอีก นั่นคือจุดที่อ่อนแอที่สุดของโครงสร้าง เพราะเส้นใยถูกหยุดเอาไว้ขจาดจากกัน การส่งแรงต่อเนื่องไม่สามารถทำได้ นั่นคือจุดทีไม่แข็งแรง ไม่สติฟ และเป็นจุดที่ต้องแก้ปัญหามากที่สุดในเฟรมจักรยาน
–คาร์บอนแข็งแรงกว่าโลหะในแง่ของอายุการใช้งาน โลหะเมื่อมีความเสียหายเล็กๆมันจะค่อยๆลามใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าในขณะที่คาร์บอนเมื่อมีความเสียหาย เราสามารถซ่อมแซมให้มีคุณสมับตัติในการรับแรงได้เช่นเคย และเทียบกับโลหะอีกหลายๆชนิดที่มีรอยเชื่อม ส่วนผสมบางชนิดจะทำให้เฟรมมีอายุสั้นลงที่รอยเชื่อมนั้น เมื่อพ้นจุดหนึ่ง เฟรมจะแตกหักเสียหายได้ง่ายกว่าคาร์บอนไฟเบอร์ในปัจจุบัน
–โรงงานคาร์บอนราคาถูกลดต้นทุนของการผลิตตั้งแต่ความชำนาญของแรงงาน การตรวจสอบคุณภาพ การควบคุมผลิตภัณฑ์ตกมาตรฐาน ไปจนถึงการเลือกใช้วัสุดที่ด้อยคุณภาพ อีพ็อกซี่มีวันหมดอายุ ต้องเก็บในที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเท่านั้น และมันจะอยู่ได้เพียง 6 เดือน เมื่อนำมาใช้งานเปิดฝาออก มันจะมีอายุเพียง 2 สัปดาห์และต้องทิ้งไป น่าตกใจที่อีพ็อกซี่เหล่านี้ ถูกซื้อไปใช้ต่อในการผลิตของโรงงานที่ต้องการลดต้น่ทุน เพื่อสร้างชิ้นส่วนคาร์บอนราคาถูกมาขายในตลาดที่มองหาของถูกและดูดี
–ความร้อนไม่มีผลกับชิ้นส่วนคาร์บอน อันที่จริงมันมีผลแต่ความร้อนที่จะทำลายคุณสมบัติของมันสูงกว่าความร้อนที่ทำให้ชิ้นส่วนรถยนต์ติดไฟ เพราะอีพ็อกซี่และคาร์บอนไม่ใช่การขึ้นรูปด้วยการเปลลี่ยนสถานะทางสสารแต่เป็นปฏิกริยาเคมี
