ENGINEERINGNET.BE - Twee patenten dekken de technologie af: het proces zelf én de methode om extrusie volumetrisch onder controle te krijgen voor vloeibare metalen.
ValCUN, opgericht eind 2016, richt zich nu, bijna een decennium later, op specifieke industriële toepassingen. Het bouwde zijn eerste Minerva-printer met de hard- en softwaremedewerking van het Oostenrijkse SIGMATEK Automation (PLC-servo drive sturing) en de ondersteuning van Sigma Control (Barendrecht). De programmering gebeurt met de LASAL-engineeringsoftware.
“Voor het printen van aluminium hebben we een werkingstemperatuur tussen 700 and 950°C in de keramieken printkop.” De printer zet standaard sporen neer van 1,5 tot 2,5 mm. Verschillende nozzles zijn mogelijk. “We gaan tot 0,5 mm wanddikte.” Om te tonen dat de technologie schaalbaar is naar boven en naar beneden deed men ook al prints met een nozzle van 7 mm en draad van 1,2 mm. "De extrusie verliep gecontroleerd.” Er zijn ideeën voor variabele sporen met één en dezelfde nozzle maar dat is in functie van de marktvraag en focus.
De printer, die je zo door een standaarddeur kunt rollen, vergt niet meer dan 1.500 watt vermogen. Een gewoon stopcontact volstaat. De eerste printers lopen trouwens al bij klanten als Sirris en de John Hopkins University. Sinds januari 2025 huist ValCUN in een 500 m² grote ruimte in het industriepark van Wondelgem. Het telt vandaag negen mensen.
Wél koppig
“Ik ben geboren met een steeksleutel in de handen. Wat thuis kapot was, passeerde eerst bij mij”, lacht Jonas Galle. Zijn eerste mechatronicaprojectje was een voeding. “Ik wou begrijpen hoe het werkte.” Vervolgens een CNC-machine. Ruimtevaart en propulsiesystemen boeiden hem eveneens. Hij bekeek dus ook even astrofysica. Maar natuurlijk werd hij ingenieur. Burgerlijk -theorie- of technisch -hands-on- ingenieur? “Ik wou beiden.” Hij ging voor burgerlijk, ondanks dat verschillenden het hem afraadden. “Ik ben niet hyperslim maar wel koppig en een doorzetter als ik iets wil bereiken.” Tijdens weekends en vakanties knutselde hij. Op het einde van het eerste jaar gingen medestudenten een weddenschap aan over hoeveel herexamens elk zou hebben. Hij had zijn vakantie al geboekt en tekende voor ‘nul’. “Geslaagd! Ik heb hard gewerkt. Drive is belangrijker dan slim zijn. Je kan alles als je er écht voor gaat.”
In 2010 startte de mechanisch ingenieur in een lege kelder van de universiteit zijn doctoraat met een opstelling voor het injecteren van biofuels voor marine dieselmotoren (in samenwerking met ABC Gent). Gelijktijdig liep zijn hobbyproject: het ontwikkelen van een nieuwsoortige raketmotor. In het weekend volgde hij de prestaties van zijn motor in een optische opstelling. “Dat was mijn eerste stap richting 3D-printing.” Hij draaide en freesde zijn onderdelen zelf aan de universiteit. Lichtgewicht vereist natuurlijk veel verspaning. “Soms deed ik een week over één onderdeel.” De proffen mochten hem niet zien. Tot hij een geconcentreerde hoeveelheid waterstofperoxide van doen had voor de brandstof. Daarvoor moest nodig een prof aftekenen. Hij kreeg de handtekening en mocht een paper van zijn raketproject voorstellen in Kreta op een conferentie. Later zou een twee-de paper gepubliceerd worden voor een wereldconferentie van SAE-international.
“Alles gelinkt met mijn doctoraat.” Voor zijn nozzle hobbyexperimenten bouwde hij een zesassige freesmachine. Waarom moest het ook allemaal zo duur en complex zijn, vroeg hij zich af. Waarom print men niet direct met metaal zoals men dat met kunststof kan doen? Zo’n machine was echter niet te vinden. Dan maar zelf maken? “Niemand kon me een wel onderbouwde reden geven waarom het niet zou werken.” We schrijven 2013.
“Na het doctoraat moest ik ‘echt’ gaan werken”, merkt hij lachend op. Hij landde bij Verhaert. Als toegepast fysica & process ingenieur deed hij er van alles, van idee-generatie tot prototyping. “Allemaal innoverende en uitdagende industrieel relevante zaken.” Maar zijn 3D-printeridee bleef hem achtervolgen. Collega’s raadden hem aan een VLAIO-project in te dienen. “Ik ben maar een bricoleur”, dacht hij, maar dat hield hem niet tegen. Hij schreef een dossier voor een haalbaarheidsstudie en het werd ook goedgekeurd. Zijn project startte eind 2016 en liep tot februari 2018. De startdatum was dan ook meteen de officiële oprichtingsdatum van ValCUN. “Ik ben toen 4/5 gaan werken.” In juni 2018 nam hij ook ontslag. “Ik had een jaar geld om te overleven en ging all-in. Liever dat dan blijven aanmodderen, snelheidspotentieel verliezen en achteraf spijt hebben.”
Technologie ontwikkelen
Het oorspronkelijke idee bestond er in een aluminiumdraad gesmolten door een nozzle te sturen. Een extra elektrische stroom zou dan voor de finale hechting zorgen met de onderliggende laag. “Eén ‘detail' was fysisch niet realiseerbaar.” Titanium of staal printen met die stroom lukte… maar aluminium niet. De temperatuur van het aluminium dat zo uit de nozzle gleed, zou oplopen tot boven 2.500 °C. “Op die temperatuur verdampt aluminium.” Omdenken, dus. Het nieuwe idee: smelt het aluminium in de printkop, deponeer en voeg wat extra energie toe om de versmelting met de onderlaag te verkrijgen (met plasmajet of verwarmd substraat). Daar zat wél potentieel in. Verschillende bekende ‘polymeer 3D-printbedrijven’ probeerden het ook. “Stratasys stelde in zijn patent dat het niet lukt voor metaal. Ons patent stelt dat het wel kan. Wij kennen de problemen die zij hadden. Zij waren verwonderd dat het ons wél lukte.”
Galle trok op zoek naar geld “maar dat is het ‘kip en ei’ verhaal. Niemand geeft geld voor iets dat er nog niet is.” Aan de universiteit zocht hij ondertussen een post-doc formule om aan zijn systeem te kunnen werken. Een ex-medestudent -Jan De Pauw, ondertussen zijn cofounder- wou een spin-off maken op basis van zijn eigen doctoraat over het meten van frettingvermoeidheid. “We praatten bij op café. Ik had net mijn eerste aluminiumprint gemaakt. Allez, veeleer een ejaculatie van aluminium. Na de zomer van 2018 liep hij mee. We dienden een groter VLAIO-project in. Voor bijna een miljoen euro! Het werd goedgekeurd… op voorwaarde dat we daarvan de helft zelf vonden.”
Ze gingen er tegenaan -betaalden zichzelf geen loon uit- en wisten te onderhandelen dat hun deel van het geld pas het tweede jaar moest. Tegen het einde van dat jaar vonden ze hun investeerders. In de zomer van 2019 richtten ze een raad van advies op. “We kennen onze zwaktes. Die compenseren we door mensen aan te trekken die meer weten.” Ze haalden er Jan Van Humbeeck bij (prof additive manufacturing KU Leuven), Wim Beazar (oprichter Compex), Luc Boelens (financieel expert), Piet D’Haeyer (CEO Pedeo),
Marc Pecqueur (autodocent & keynote speaker automotive). “Twee overtuigden we om in ons te investeren. Zij wisten drie andere collega-investeerders te overtuigen. Dat zijn nu onze boardleden.” Een eerste kapitaalronde gebeurde in 2020. De focus lag toen nog op technologieontwikkeling. Op Formnext 2022 -het 3D-printing Valhalla- toonde ValCUN enkele geprinte onderdelen. Galle zag er Tali Rosman voorbijkomen.
Zij was de gewezen CEO van Elem Additive, de 3D-printing dochter van Xerox -toen zijn grootste concurrent- die eerder dat jaar hun metalprinting stop zette. “Ik liep achter haar aan. Ze kwam langs met haar technisch adviseur, Moshe Aknin, ex-Stratasys & Elem Additive. Ik deed ons verhaal.
Rosman wou het in het echt zien werken. Begin 2023 nodigden we ze uit in onze faciliteit en… ze wilden onze expert advisors zijn.”
Focus
Galle en De Pauw maakten het plan op om een ‘verkoopbare’ machine te bouwen. “We begonnen in maart te bouwen om tegen Formnext 2023 in het najaar een machine op de stand te zetten.” Met extra funding is de eerste Minerva-machine geproduceerd. Sinds oktober 2024 staat ze geïnstalleerd in Charleroi bij Sirris. “Onze eerste machine is eerder een algemene. Maar uiteindelijk willen we machines die in elke workshop geplaatst kunnen worden om conventionele productiemethodes zoals frezen en draaien aan te vullen. We zullen een portfolio maken van machines die te integreren zijn in een lijn, een robotsysteem,…” Vorig jaar verkocht ValCUN ook een toestel aan de John Hopkins University dat in april opgeleverd is.
“Minerva is een economisch inzetbare machine.” Dat betekent klaar voor een robuuste, industriële omgeving, makkelijk integreerbaar, een laag energieverbruik, geen ontvlambare poeders, geen lasers,… De producent rekent dat zijn machine tot driekwart en meer beterkoop kan zijn dan ‘poedermachines’. Een print vergt immers geen loszagen van de bouwplaat, geen steunstructuren bij het printen, geen debinding, geen sinteren,… De ruime beschikbaarheid van metaallegeringen op draad is ook een plus. Universiteiten en onderzoeksinstellingen gebruiken de machine voor hun O&O. Maar het bedrijf toetst ook andere sectoren af: marine, defensie,… “Nú willen we groeien in nichemarkten en specifieke industriële applicaties. We worden dus geen allround, general purpose printerbouwer. Dat is niet realiseerbaar, toch zeker niet als go-to-market met een groeistrategie”, zegt Galle die verwacht dat elke sector een eigen machine moet hebben.
Van de EIC Accelerator (EU Commissie) ving ValCUN eind 2023 een beurs met 2,5 miljoen euro. “We bewerken nu een nichemarkt van HVAC-systemen. Ventilatoren moeten energie-efficiënter.” Een 3D-geprinte en vormgegeven ventilatorschoep koelt vlot 10% efficiënter waardoor datacenters jaarlijks makkelijk honderdduizenden euros besparen aan elektriciteitsfacturen, rekent Galle.
ValCUN is ondertussen deel van het DIAMETER EU-projectconsortium, partnert in het DoP (3D Optimised Production) EU-project. “Met nieuwe funding kunnen we ook kiezen om te branchen.” De afwegingen zijn: de kosten, welke ontwikkelingsinspanningen dat vereist en hoe de technologie te integreren. Rekening houdend met standaarden, certificaties, de kwaliteit van de onderdelen,… “Nu hebben we een machine, met de focus op onderzoek en ontwikkeling. We zijn nog niet marktbewezen op industrieel vlak. We hebben ook ons volledig potentieel nog niet getoond. Ik wil dat het wereldtechnologie wordt. Het is mijn baby en ik wil er kost wat kost voor zorgen dat hij gezond opgroeit en ontpopt!” (foto's: LDS)
Core IP zit in de printkop
ValCUN ging van start nadat het oorspronkelijke FFF-patent (Fused Filament Fabrication) was verlopen. “Ik heb dat patent nooit gelezen”, zegt Galle. “Hadden we er rond kunnen fietsen? Belangrijk was dat we de ‘freedom to operate’ hadden.” Van bij de start werkte Galle samen met een patentbureau. De core IP van ValCUN zit in de printkop en de besturingsalgoritmes. “Wat er rond zit, de machine zelf, is behoorlijk state-of-the-art. We overtuigden al klanten voor de gehele machine maar we verkopen ook de kop. Business-gewijs is het voor ons beter de kop te verkopen. Maar dat is niet dé drijfveer. In de machine zitten algoritmen om het proces goed te krijgen. Aparte koppen vereisen voor elke klant een custom aanpassing/integratie wat minder schaalbaar is. Uiteindelijk willen we wel migreren naar integratie op een robot als standaardproduct, al dan niet in samenwerking met een integrator partij.”
3D-printen in de ruimte
ValCUN heeft meerdere projecten met ESA. “We zijn ervan overtuigd dat we gravitatieloos kunnen printen maar moeten het ook bewijzen.” In een eerste project slaagde ValCUN er in een hele printopstelling ondersteboven te bouwen. Onlangs rondde het een tweede project af rond spacegrade aluminium-legeringen. Nu kijkt Galle voor een vervolgproject richting toepassingen van deze hogesterkte aluminiumlegeringen. “Maar manufacturing in de ruimte duurt nog wel 20 jaar, denk ik. Daar kunnen we nu geen business op draaien. Hiervoor zijn te hoge investeringen nodig. Wij moeten nu revenu maken.”
