近一亿美元领投金属3D打印企业，英伟达押注下一代芯片制造？

| 3DScienceValley · 2023/11/01

近日，Nvidia-英伟达的企业风险投资部门 NVentures 与著名的气候投资者 Capricorn 合作，为LAPBF-大面积脉冲激光粉末床熔化技术提供商Seurat-修拉提供9900万美元的C轮融资，根据 PitchBook 的数据，Seurat Technologies 的融资后估值约为 3.42 亿美元。Seurat将这近1亿美元的融资用于部署本地3D打印工厂，助力制造业脱碳，在 NVIDIA 和 Capricorn 投资的支持下，Seurat 将加速其金属3D打印技术升级，从原型转向生产。

那么芯片与金属3D打印有怎样的相关性？除了英伟达，还有哪家企业做了类似的投资布局？本期，3D科学谷的谷透视栏目将进行详细解读。

面积光刻金属3D打印
© Seurat

根据3D科学谷，3D打印-增材制造在生产具有随形或内部冷却结构的零件方面颇具优势，零件设计师可以构建优先考虑功能实现更复杂的流体歧管或冷却结构设计，并不需要像传统设计那样折衷。最终将获得平滑的通道或没有直角弯曲的通道，提升流体动力学性能，这在半导体制造设备领域有着广阔的应用前景。

3D打印在半导体设备的应用
© 3D科学谷白皮书

高通量的呼唤

由于市场对人工智能技术芯片的兴趣激增，加上最近的巨额盈利，英伟达这家半导体巨头一直在寻找风险投资，特别是在半导体行业未来有潜在应用的垂直领域。根据 PitchBook 的数据，自2023年1月份以来，英伟达和附属投资者已经参与了33笔风险投资交易，为机器人、机器学习、SaaS 和云计算领域的初创公司提供资金。英伟达的一系列投资活动与其他机构更广泛地撤出风险投资形成鲜明对比：据统计，2023 年第三季度，企业风险资本参与的风险投资交易比例降至八年来的最低点，仅占所有交易的 24.1%。

英伟达领投的3D打印企业Seurat 最初是从美国能源部资助的联邦实验室中分离出来的，早在2017年，NIF发明了一种使用大面积的光刻方法进行3D金属打印的方法，使用光寻址光阀（OALV-optically-addressable light valve）作为光掩模，一次性打印整层金属粉末。使用多路复用器，激光二极管和 Q开关激光脉冲来选择性地熔化每层金属粉末。近红外光的图案化是通过将光成像到光寻址光阀-OALV上实现的。根据Lawrence Livermore国家实验室的研究人员，NIF的高功率激光束技术可以比以往任何时候更快地3D打印金属零件，具有颠覆粉末床选区激光熔融技术的潜力。

LAPBF-大面积脉冲激光粉末床熔化

Seurat-修拉的商业潜力

Seurat通过进一步降低制造成本来打入更大的市场。使用Seurat第一代机器，可实现约 300 美元/公斤的制造成本，这可能使市场规模增加一倍。预计Seurat 2024 年推出的第二代系统以及 2027 年和 2030 年的后续系统将真正改变游戏规则。Seurat的GenX 将制造成本降低至 25 美元/公斤以下，从而开启更大的金属制造市场。

LPBF vs LAPBF

在市场上常见的LPBF 激光粉末床熔化过程中，激光与粉末、基材和蒸汽的相互作用很重要。激光吸收率会随着粉末特性以及匙孔的出现而改变。钥匙孔以及夹带的颗粒和喷出的液体可能会产生缺陷。LPBF 过程可能具有一些与Seurat的LAPBF 相似的物理效应，然而，在 LAPBF-大面积脉冲激光粉末床熔化过程中观察到的飞溅非常少，这是LPBF激光粉末床熔化扩展到更大批量零件生产的已知障碍。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究发现，LAPBF-大面积脉冲激光粉末床熔化可能能够生产高质量的材料，适用于关键应用，并可扩展到大批量生产。

但3D打印需要巨大的数据处理计算能力，因为最终产品的每个方面都需要进行数字化描述。这是英伟达作为数据处理单元领先供应商的用武之地。根据Seurat联合创始人兼首席执行官 James DeMuth，Nvidia 有一个绝佳的机会帮助Seurat实现下一代数据管道和快速处理数据的功能。根据3D科学谷《如何利用GPU实现强大的创成式人工智能建模与仿真》一文，GPU功能强大、灵活、可扩展且价格合理。不幸的是，除了渲染漂亮的图片外，大多数都没有用于计算几何中。在制造过程中利用GPU的数据处理和计算能力意味着可以在计算机和3D打印机中处理大量文件。用户不需要每次构建都需要TB级的制造数据，只需要有关如何生成零件的指令，现在就可以在3D打印机中进行计算。

根据3D科学谷的市场判断，GPU与CPT的应用结合将渗透到从建模仿真到数字孪生体技术，再到过程控制等3D打印工艺链的方方面面，而由GPU这种算力所支撑的人工智能算法将统治3D打印的方方面面。

3D打印创造附加值

另一方面，3D金属打印已被认为是传统半导体生产的潜在长期替代方案。鉴于其令人难以置信的复杂性，半导体芯片的3D打印还需要一段时间，但随着世界努力去创造足够的GPU来推动人工智能的繁荣，英伟达和其他公司有动力加速这一发展。利用现有的芯片处理技术，即使是非常小的设计变更也需要几周的交付时间：下一代 3D 打印技术旨在消除这种延迟，从而减轻供应链的压力。

3D打印还可以成就更好的产品性能，根据《创成式设计和增材制造重定义芯片光刻机晶圆台的热管理性能》一文，在下一代增材制造晶圆工作台部件的设计开发中，正在从人工设计向计算机生成（即创成式设计）和人工辅助设计（相对于计算机辅助设计）过渡。举例来说，3D打印可以最大限度地提高晶圆台的热均匀性，同时不引起系统中的流体压力下降。先进冷却策略的一个额外好处是缩短热稳定时间，提高生产效率。通过新颖的创成式设计方法（使用Diabatix的 ColdStream平台）可以自动生成最佳的自支撑冷却结构，降低了整体温差，将流体压力保持在系统要求的范围内，并使整个系统生产晶圆产品的周期缩短。

另一个案例是通过3D打印晶片卡盘，可以提高定位速度，降低半导体行业的成本。对于ASML这类公司来说，每小时可以移动的晶圆数量非常重要。晶片台越轻，加速越容易，因此生产率越高，这对ASML来说具有很高的价值。一个典型的解决方案是Additive Industries提供的，Additive Industries制作了ASML卡盘的两个原型，已经实现了30％的重量减轻，并且平台仅重约8公斤。

“抢滩”进行时

3D科学谷认为半导体相关产业链正在“抢滩”3D打印技术，“半导体光刻机”被称为“史上最精密机器”之一，尼康作为全球为数不多可以生产光刻机的制造商，无独有偶，根据3D科学谷的市场观察，尼康早先就通过资本投资进入到金属3D打印领域。在尼康长达一个世纪的尖端光电和精密技术基础之上，2019年，尼康成立专门事业部加速推进先进制造等新增长业务。从那时起，通过利用战略投资产生的协同效应，包括收购全球金属增材制造解决方案提供商 SLM Solutions Group AG (SLM)，以及在此之前收购端到端增材制造解决方案提供商 Morf3D Inc. (Morf3D) ，尼康向数字制造产业化迈出了重要一步。

关于尼康收购 SLM Solutions的战略出发点，3D科学谷曾给出了两个判断，一个是尼康的测量技术将进一步提升SLM Solutions设备的智能化水平；另一个战略出发点是金属3D打印将提升尼康在光刻机领域的技术地位。

正如轮胎巨人米其林投资了3D打印企业Addup, 阿迪达斯投资了Carbon，随着3D打印对重塑下游企业竞争力的重要性显现，这一价值链的变化也在影响和重塑投资逻辑。