Draad als toevoegmateriaal voor lasergebaseerd DED heeft op papier veel voordelen boven poeder. Een nieuw partnerschap tussen het Fraunhofer ILT en het Franse Cailabs moet dezetechnologie een impuls geven met een nieuw type compacte proceskop die zowel extreem licht is als hoge vermogens aankan.
Wie 3D-printen met metaal zegt, denkt al snel aan poeder. Toch heeft draad als toevoegmateriaal bij Directed Energy Deposition (DED) een reeks eigenschappen die het voor industriële toepassingen minstens zo interessant maken.
Met de nieuwe kop en de proceskennis zijn breedtes van minder dan één millimeter haalbaar
Waarom is draad aantrekkelijk?
Draad is eenvoudig en veilig te hanteren; er zijn geen fijnstofrisico’s, geen complexe afzuiginstallaties en geen kostbare hergebruikprocedures voor niet-versmolten materiaalresten. Bovendien is draad in veel gevallen goedkoper dan equivalent in poedervorm. En zijn er legeringen beschikbaar in draadvorm die helemaal niet in poedervorm op de markt zijn.
Daarboven is de materiaalbenutting bij wire-DED hoog: vrijwel al het toegevoerde materiaal wordt ook daadwerkelijk versmolten. Dat maakt de technologie bijzonder geschikt voor het opbouwen, repareren en hybride vervaardigen van middelgrote tot grote metalen componenten; van turbinebladen tot gereedschappen en aerospace-onderdelen.
Het knelpunt: te zwaar, te log
Ondanks die voordelen, zijn er enkele knelpunten, die vooral terug te voeren zijn op de laserkop zelf. Waar poederkoppen relatief compact gebouwd kunnen worden, zijn draadkoppen traditioneel aanzienlijk zwaarder en constructief complexer. Dat maakt integratie op een robotarm lastig, en het nauwkeurig sturen langs complexe buitenconturen of in moeilijk bereikbare reparatiezones vrijwel onmogelijk.
Het gewicht van de kop bepaalt immers welk type robotsysteem nodig is, hoeveel payload de arm moet aankunnen en hoe precies de beweging gecontroleerd kan worden. Een zware kop betekent per definitie minder beweeglijkheid, grotere minimale draaicirkels en hogere investerings- en exploitatiekosten. Kortom: de technologie had zijn belofte tot dusver maar gedeeltelijk waargemaakt.
MPLC-straaltechnologie als sleutel
Het Franse Cailabs uit Rennes heeft hier een oplossing voor. Het bedrijf is gespecialiseerd in Multi-Plane Light Conversion (MPLC), een straaltechniek waarbij meerdere fasevlakken de laserstraal zodanig sturen dat deze een heldere, stabiele geometrie krijgt. De methode staat bekend om haar lage verliezen en hoge robuustheid, ook bij hoge vermogens.
Op basis van deze technologie ontwikkelde Cailabs de Canunda-DED proceskop: een coaxiale straaltechnologie die het laservermogen gecontroleerd en reproduceerbaar rondom de draad verdeelt. Daardoor kan het energie-invoer nauwkeurig worden gestuurd, ook bij vermogens van meer dan twaalf kilowatt. Het doorslaggevende verschil met bestaande koppen is het gewicht: de Canunda-DED weegt minder dan vijf kilogram, licht genoeg om rechtstreeks op een robotarm te monteren.
“Bij Cailabs willen we producten met sterke industriële meerwaarde ontwikkelen op basis van onze straaltechnologie”, zegt Jean-François Morizur, CEO van Cailabs. “We zijn ervan overtuigd dat de samenwerking met het Fraunhofer ILT het volledige potentieel van onze aanpak voor geavanceerde productie zal aantonen.” Verleden jaar heeft de Franse startup €57 miljoen opgehaald bij een aantal investeerders waaronder de Europese Investerings Bank.
Foto: Volker Lannert
Taakverdeling: procesinzicht vanuit Aachen
Cailabs levert de kop en de straaltechnologie; het Fraunhofer ILT zorgt voor de industrialisatie van het proces. Het instituut uit Aken ontwikkelt en valideert de bijbehorende procesparameters voor uiteenlopende werkstukgeometrieën en toepassingssituaties. Dat omvat onder meer de afstemming van draadaanvoersnelheid, draaddiameter, laservermogen et cetera voor diverse materialen.
Het team rond Thomas Schopphoven, afdelingshoofd Laserauftragschweißen (LMD) bij het Fraunhofer ILT, werkt momenteel aan het uitzetten van parameterruimtes via fysische simulaties. Parallel wordt de robotgestuurde installatieopstelling ingericht waarin de Canunda-DED-kop later getest wordt.
“We hebben in eerdere projecten al draad-opbrengprocessen ontwikkeld voor kritische toepassingen, zoals voor de lucht- en ruimtevaart, energietechnologie en gereedschapsbouw”, zegt Schopphoven. “Deze ervaring vloeit direct in de procesvoering, de materiaalkeuze en de analyse van de smeltbaddynamiek.”
Structuurbreedtes onder de millimeter
Door de combinatie van compactheid, hoog vermogen en nauwkeurige straalkwaliteit willen de twee partners ook de resolutie van het proces fundamenteel verbeteren. In industriële toepassingen zoals turbine- of gereedschapreparaties zijn opbrengen met zeer fijne details vereist. Met de nieuwe kop en de proceskennis van het Fraunhofer ILT moet het mogelijk worden structuurbreedtes van minder dan één millimeter te realiseren; een belangrijke stap richting precisiereparaties en hybride productie met hoge resolutie.
De compacte bouwwijze biedt daarnaast een voordeel dat moeilijk te onderschatten valt. Doordat de Canunda-DED-kop minder dan vijf kilogram weegt, kan hij rechtstreeks op een standaard robotarm worden gemonteerd, zonder dat daarvoor een zwaar industrieel portaalsysteem nodig is. Dat opent nieuwe mogelijkheden: robotsystemen kunnen hiermee zones bereiken die voor vast gemonteerde of zwaardere koppen ontoegankelijk waren, zoals reparatiezones op kleine componenten, ondiepe holtes of fijne randen op complexe contouren. Bovendien laat de kop zich relatief eenvoudig integreren in bestaande robotgebaseerde productiecellen, wat de drempel voor industriële adoptie verlaagt.
Vermogens tot 12 kW
Het hoge laservermogen van meer dan twaalf kilowatt is evenmin een doel op zich. Bij wire-DED geldt: meer vermogen betekent een hogere opbouwsnelheid per tijdseenheid, waardoor ook grotere bouwdelen economisch interessant worden om te printen of te repareren. Turbineonderdelen, grote matrijs- en gietvormhelften of scheepscomponenten vereisen substantieel materiaalvolume; met lager vermogen zou de doorlooptijd te lang worden voor serieuze industriële inzet. Tegelijk stelt het hoge vermogen de operator in staat om materialen met een hogere thermische geleidbaarheid — zoals bepaalde koper- of nikkellegeringen — beheersbaar te verwerken. De MPLC-straaltechnologie van Cailabs zorgt er daarbij voor dat dit vermogen gecontroleerd en homogeen rondom de draad wordt verdeeld, zodat een stabiel smeltbad ontstaat ook bij maximale instellingen.
Presentatie op AKL 2026
De twee partners bereiden momenteel de eerste proefopstellingen voor. Daarin staat het samenspel van straalkwaliteit, draadaanvoer en de robotbanen, om het proces ook in continuwerking stabiel te houden. Tegelijk loopt de voorbereiding voor toepassingen in reële productieomgevingen.
Actuele ontwikkelingen op het gebied van lasertechnologie worden gepresenteerd op het 15e AKL – International Laser Technology Congress, dat van 22 tot 24 april 2026 in Aken plaatsvindt. Cailabs zal tijdens het congresprogramma een presentatie over de technologie geven.
