Vom ersten Lastenheft bis zur reproduzierbaren Serie
Ein leistungsfähiges Composite-Bauteil entsteht nie in einem einzigen Schritt. Zwischen der ersten Produktidee und dem fertigen Serienteil liegt ein strukturierter Entwicklungs- und Fertigungsweg, in dem Werkstoff, Konstruktion, Simulation und Fertigung präzise ineinandergreifen müssen. Bei BIONTEC durchläuft dieser Weg fünf klar definierte Phasen, von der Anforderungsanalyse bis zur Serienproduktion.
Das Besondere am BIONTEC-Ansatz: Alle Schritte stammen aus einer Hand. Die durchgängige Prozesskette reicht von der Faser bis zum fertigen Bauteil, wodurch Entwicklung und Fertigung von Beginn an aufeinander abgestimmt sind. Dieser Artikel zeigt, wie ein Composite-Projekt bei BIONTEC konkret abläuft und worauf es in jeder Phase ankommt.
Die fünf Phasen eines Composite-Projekts im Überblick
Jedes Projekt folgt einer klaren Logik, die Entwicklungsrisiken minimiert und die Markteinführung beschleunigt. Die folgenden fünf Phasen bilden das Grundgerüst:
- Anforderungsanalyse: Definition von Lastfällen, Umgebungsbedingungen und Stückzahlen
- Konzeptentwicklung: FEA-Optimierung und Evaluation verschiedener Lösungsansätze
- Prototypenentwicklung: Validierung unter realen Bedingungen und iterative Optimierung
- Serienanlauf: Prozessfixierung, First Article Inspection und Qualitätsprüfungen
- Serienproduktion: Reproduzierbare Fertigung mit lückenloser Dokumentation
Im Folgenden betrachten wir jede Phase im Detail.
Phase 1: Anforderungsanalyse
Am Anfang steht die präzise Definition dessen, was das Bauteil leisten muss. In der Anforderungsanalyse werden Lastfälle, Umgebungsbedingungen und geplante Stückzahlen festgelegt. Diese Parameter bestimmen jede nachfolgende Entscheidung, von der Werkstoffauswahl bis zum Fertigungsverfahren.
Grundlage ist das Lastenheft des Kunden. BIONTEC betrachtet dabei nicht nur das einzelne Bauteil, sondern die gesamte Baugruppe im Systemkontext. So lässt sich früh erkennen, wo sich Funktionen integrieren, Bauteile zusammenfassen oder Schnittstellen vereinfachen lassen.
Die Zusammenarbeit ist von Beginn an partnerschaftlich angelegt. Zielparameter, Lastfälle und technische Randbedingungen werden gemeinsam festgelegt, der Grad der Kundeneinbindung wird projektspezifisch definiert. Damit bleibt die Entwicklung konsequent auf die tatsächlichen Anforderungen ausgerichtet.
Phase 2: Konzeptentwicklung
In der Konzeptentwicklung entstehen aus den Anforderungen konkrete Lösungsansätze. Verschiedene Bauweisen werden evaluiert und rechnerisch bewertet, bevor eine Variante in die Detailentwicklung geht. Diese Phase legt den Grundstein für eine wirtschaftliche und effiziente Bauteilproduktion.
Konzept- und Baugruppenentwicklung
Auf Basis des Lastenhefts werden unterschiedliche Produktkonzepte erarbeitet, beispielsweise in monolithischer Bauweise, als Sandwichstruktur oder mit integrierter Hohlstruktur. Massgeblich ist dabei stets die gesamte Baugruppe und nicht nur das isolierte Einzelteil.
Composite Design und Konstruktion
Die Konstruktion folgt konsequent dem Prinzip Design for Manufacturing. Konstruktion und Fertigung werden von Beginn an gemeinsam gedacht, sodass sich Geometrie, Faserlayout und Werkzeugkonzept optimal aufeinander abstimmen lassen. Diese enge Verzahnung schafft gleichzeitig die Grundlage für einen konsequenten Design-to-Cost-Ansatz: Bereits in der Entwicklung werden Materialeinsatz, Fertigungsaufwand und spätere Produktionskosten gezielt optimiert, ohne Kompromisse bei der technischen Leistungsfähigkeit einzugehen.
Dank der bei BIONTEC eingesetzten Fertigungstechnologie besteht zudem eine grosse Gestaltungsfreiheit und erlaubt komplexe Geometrien sowie die strukturelle Integration von Funktionen und Elektronik direkt in das Bauteil. Dadurch lassen sich zusätzliche Prozessschritte reduzieren, die Anzahl benötigter Einzelteile minimieren und sowohl die technische als auch die wirtschaftliche Effizienz steigern.
Faserauslegung und Simulation
Hier zeigt sich die technische Tiefe des BIONTEC-Ansatzes. Die Bauteile werden lastpfadgerecht ausgelegt und mit moderner Finite-Elemente-Simulation rechnerisch abgesichert. Parallel wird die fertigungsgerechte Umsetzung im Tailored Fiber Placement (TFP) berücksichtigt. Dazu gehört das sogenannte Punchen, die digitale Aufbereitung und Programmierung der Stickdaten, damit die Fasern später exakt entlang der definierten Lastpfade abgelegt werden. Simulation, Konstruktion und textile Fertigung greifen dadurch nahtlos ineinander.
Phase 3: Prototypen und Validierung
Bevor ein Bauteil in Serie geht, beweist es sich unter realen Bedingungen. Prototyping macht Konzepte überprüfbar und greifbar. Es entstehen funktionsfähige Musterbauteile, die den späteren Serienstand geometrisch und strukturell möglichst realitätsnah abbilden.
Die Validierung umfasst belastbare Prüfungen und eine fundierte Auswertung aller Ergebnisse:
- Proof of Concept: Frühzeitiges Testen zentraler Funktionen mit der Möglichkeit zur Anpassung
- Statische und dynamische Prüfungen: Belastbare Aussagen zu Festigkeit, Steifigkeit und Dauerverhalten
- Optimierung der Verfahrensparameter: Anpassung der Prozessgrössen bereits in dieser Phase
- Prozessbegleitende Analysen: Absicherung von Reproduzierbarkeit und Serienfähigkeit, beispielsweise mittels DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie) und TMA (Thermomechanische Analyse)
Dieser iterative Prozess deckt Schwachstellen auf, bevor sie in der Serie teuer werden. Für Produktentwickler bedeutet das eine abgesicherte Performance und planbare nächste Schritte.
Phase 4: Serienanlauf
Der Serienanlauf überführt das validierte Konzept in einen stabilen, wiederholbaren Fertigungsprozess. Im Zentrum stehen die Fixierung der Prozessparameter, die First Article Inspection und definierte Qualitätsprüfungen.
Weil BIONTEC Konstruktion, Simulation und Fertigung von Beginn an parallel denkt, gelingt der Übergang in die Serie ohne Schwierigkeiten. Entscheidend sind dabei:
- Abstimmung von Geometrie, Faserlayout und Werkzeugkonzept
- Prozessdefinition für reproduzierbare TFP- und RTM-Fertigung
- Skalierbare Produktionsstrategien
- Dokumentierte Qualitäts- und Prüfkonzepte
Mit der First Article Inspection wird die Serienreife bestätigt. Ab diesem Punkt produziert BIONTEC reproduzierbar, unabhängig von der Stückzahl.
Phase 5: Serienproduktion
In der Serienproduktion entsteht das Bauteil reproduzierbar, automatisiert und skalierbar. Die Fertigung basiert auf einer durchgängigen, industriell ausgelegten Prozesskette, die vollständig inhouse durchgeführt werden kann. Im Folgenden die wesentlichen Schritte.
Tailored Fiber Placement (TFP)
Das Herzstück der Fertigung ist das TFP-Verfahren. Verstärkungsfasern aus beispielsweise Carbon oder Glas werden mithilfe industrieller Sticktechnologie exakt entlang definierter Lastpfade auf einem Trägermaterial abgelegt. Die lastpfadgerechte Faserarchitektur ermöglicht minimalen Verschnitt und maximale Materialeffizienz. Dank multiparalleler Fertigung lassen sich mehrere Ablagen gleichzeitig und hochautomatisiert herstellen.
Herauslösen der Stickablagen
Nach dem TFP-Prozess werden die Stickablagen je nach Trägermaterial weiterbehandelt. Lösliche oder temporäre Trägermaterialien werden präzise und materialschonend herausgelöst. Ein funktionales Trägermaterial verbleibt dagegen im Verbund und wird in den weiteren Schritten mitverarbeitet. In beiden Fällen bleibt die definierte Faserarchitektur vollständig erhalten.
Preform-Aufbau und Funktionsintegration
Im nächsten Schritt werden die Ablagen entsprechend der Bauteilstruktur aufgebaut. Die Faserlagen werden positionsgenau zusammengeführt und bei Bedarf mit Kernmaterialien oder Inserts ergänzt. Bereits hier lassen sich Funktionen und Elektronik direkt in den Preform integrieren, etwa Sensorik, Heizelemente oder leitfähige Strukturen. Diese strukturelle Integration spart separate Bauteile ein und reduziert den Montageaufwand, ohne die mechanische Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Konsolidierung: RTM oder HCM
Bei der Konsolidierung wird aus dem Preform ein belastbares, fertiges Bauteil. Abhängig vom eingesetzten Matrixsystem nutzt BIONTEC dafür zwei etablierte Verfahren:
- Resin Transfer Molding (RTM): für duroplastische Bauteile. Die Preform wird in ein geschlossenes Werkzeug eingelegt und mit Harz infiltriert.
- Hot Compression Molding (HCM): für thermoplastische Bauteile. Faserverstärkte Halbzeuge werden in einem temperierten, geschlossenen Werkzeug unter Druck und Temperatur verpresst und ausgehärtet.
Die folgende Übersicht stellt beide Verfahren gegenüber:
Nachbearbeitung und Veredelung
Nach der Konsolidierung erfolgt die mechanische Endbearbeitung auf 5-Achsen-CNC-Fräszentren. Konturen, Bohrungen und Funktionsflächen werden dabei hochpräzise umgesetzt. Auf Wunsch übernimmt BIONTEC die vollständige Veredelung, darunter metallische Beschichtungen, beispielsweise für EMV-Anforderungen, Lackierungen nach kundenspezifischen Designvorgaben sowie Drucke.
Skalierung und laufende Überprüfung der Serienproduktion
Abschliessend wird die Produktion auf die benötigten Stückzahlen skaliert. Durch die multiparallele Herstellung der TFP-Ablagen und automatisierte Folgeprozesse können komplexe CFRP-Bauteile sowohl in kleineren Serien als auch in sechsstelligen Jahresvolumina gefertigt werden. Definierte Prozessparameter und laufende Qualitätsprüfungen sichern dabei eine gleichbleibende Qualität über alle Bauteile hinweg.
Alles aus einer Hand
In der ganzheitlichen Prozesskette liegt ein wesentlicher Vorteil für Kunden: Von der ersten Idee über die Entwicklung bis zur Serienproduktion bleibt BIONTEC der zentrale Ansprechpartner für alle Fragen rund um die Entwicklung und Fertigung von Composite-Bauteilen. Ingenieur-Know-how und langjährige Fertigungskompetenz greifen nahtlos ineinander, wodurch technisch ausgereifte Lösungen entstehen, die präzise auf die jeweiligen Kundenanforderungen abgestimmt sind.
Der Anspruch einer ganzheitlichen Prozesskette mit einem zentralen Ansprechpartner gilt dabei standortübergreifend. Einheitliche Qualitätsstandards und abgestimmte Prozesse sorgen dafür, dass die Prozesskette durchgängig bleibt und dass jeder Produktionsstandort seine jeweiligen Stärken optimal einbringen kann:
- Schweiz: Hochwertige Produkte, Prototypen, anspruchsvolle Serienfertigung sowie die Weiterentwicklung der technologischen Produktionskompetenz.
- China: Effiziente und skalierbare Grossserienproduktion auf Basis validierter BIONTEC-Prozesse.
- Rumänien: Operative Unterstützung der Schweizer Produktion sowie Serienfertigung von Stickablagen.
Die Wahl des Produktionsstandorts erfolgt projektspezifisch und richtet sich nach Stückzahl, Komplexität, Logistik, Zeitrahmen und Wirtschaftlichkeit.
Fazit: Ein klar strukturierter Weg zum Serienbauteil
Der Weg von der Idee zum Serienbauteil ist bei BIONTEC kein loser Ablauf einzelner Schritte, sondern ein ganzheitlicher Prozess. Die fünf Phasen sorgen dafür, dass Anforderungen, Konstruktion, Validierung und Fertigung konsequent aufeinander aufbauen. Das senkt Entwicklungsrisiken, schafft Planbarkeit bei Kosten und Terminen und führt zu Composite-Bauteilen, die in Qualität, Performance und Reproduzierbarkeit überzeugen.
Haben Sie ein Bauteil, das von dieser durchgängigen Prozesskette profitieren könnte? Von der Anforderungsanalyse bis zur Serie begleitet BIONTEC Ihr Projekt aus einer Hand. Kontaktieren Sie uns für eine kostenlose und unverbindliche Beratung.
