近日，Nvidia-英偉達的企業風險投資部門 NVentures 與著名的氣候投資者 Capricorn 合作，為LAPBF-大面積脈衝雷射粉末床熔化技術提供商Seurat-修拉提供9900萬美元的C輪融資，根據 PitchBook 的數據，Seurat Technologies 的融資後估值約為 3.42 億美元。Seurat將這近1億美元的融資用於部署本地3D列印工廠，助力製造業脫碳，在 NVIDIA 和 Capricorn 投資的支持下，Seurat 將加速其金屬3D列印技術升級，從原型轉向生產。
那麼晶片與金屬3D列印有怎樣的相關性？除了英偉達，還有哪家企業做了類似的投資布局？本期，3D科學谷的谷透視欄目將進行詳細解讀。
面積光刻金屬3D列印
Seurat
根據3D科學谷，3D列印-增材製造在生產具有隨形或內部冷卻結構的零件方面頗具優勢，零件設計師可以構建優先考慮功能實現更複雜的流體歧管或冷卻結構設計，並不需要像傳統設計那樣折衷。最終將獲得平滑的通道或沒有直角彎曲的通道，提升流體動力學性能，這在半導體製造設備領域有著廣闊的應用前景。
3D列印在半導體設備的應用
3D科學谷白皮書
/ 高通量的呼喚
由於市場對人工智慧技術晶片的興趣激增，加上最近的巨額盈利，英偉達這家半導體巨頭一直在尋找風險投資，特別是在半導體行業未來有潛在應用的垂直領域。根據 PitchBook 的數據，自2023年1月份以來，英偉達和附屬投資者已經參與了33筆風險投資交易，為機器人、機器學習、SaaS 和雲計算領域的初創公司提供資金。英偉達的一系列投資活動與其他機構更廣泛地撤出風險投資形成鮮明對比：據統計，2023 年第三季度，企業風險資本參與的風險投資交易比例降至八年來的最低點，僅占所有交易的 24.1%。
英偉達領投的3D列印企業Seurat 最初是從美國能源部資助的聯邦實驗室中分離出來的，早在2017年，NIF發明了一種使用大面積的光刻方法進行3D金屬列印的方法，使用光尋址光閥（OALV-optically-addressable light valve）作為光掩模，一次性列印整層金屬粉末。使用多路復用器，雷射二極體和 Q開關雷射脈衝來選擇性地熔化每層金屬粉末。近紅外光的圖案化是通過將光成像到光尋址光閥-OALV上實現的。根據Lawrence Livermore國家實驗室的研究人員，NIF的高功率雷射束技術可以比以往任何時候更快地3D列印金屬零件，具有顛覆粉末床選區雷射熔融技術的潛力。
LAPBF-大面積脈衝雷射粉末床熔化
Seurat-修拉的商業潛力
Seurat通過進一步降低製造成本來打入更大的市場。使用Seurat第一代機器，可實現約 300 美元/公斤的製造成本，這可能使市場規模增加一倍。預計Seurat 2024 年推出的第二代系統以及 2027 年和 2030 年的後續系統將真正改變遊戲規則。Seurat的GenX 將製造成本降低至 25 美元/公斤以下，從而開啟更大的金屬製造市場。
LPBF vs LAPBF
在市場上常見的LPBF 雷射粉末床熔化過程中，雷射與粉末、基材和蒸汽的相互作用很重要。雷射吸收率會隨著粉末特性以及匙孔的出現而改變。鑰匙孔以及夾帶的顆粒和噴出的液體可能會產生缺陷。LPBF 過程可能具有一些與Seurat的LAPBF 相似的物理效應，然而，在 LAPBF-大面積脈衝雷射粉末床熔化過程中觀察到的飛濺非常少，這是LPBF雷射粉末床熔化擴展到更大批量零件生產的已知障礙。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究發現，LAPBF-大面積脈衝雷射粉末床熔化可能能夠生產高質量的材料，適用於關鍵應用，並可擴展到大批量生產。
但3D列印需要巨大的數據處理計算能力，因為最終產品的每個方面都需要進行數字化描述。這是英偉達作為數據處理單元領先供應商的用武之地。根據Seurat聯合創始人兼執行長 James DeMuth，Nvidia 有一個絕佳的機會幫助Seurat實現下一代數據管道和快速處理數據的功能。根據3D科學谷《如何利用GPU實現強大的創成式人工智慧建模與仿真》一文，GPU功能強大、靈活、可擴展且價格合理。不幸的是，除了渲染漂亮的圖片外，大多數都沒有用於計算幾何中。在製造過程中利用GPU的數據處理和計算能力意味著可以在計算機和3D印表機中處理大量文件。用戶不需要每次構建都需要TB級的製造數據，只需要有關如何生成零件的指令，現在就可以在3D印表機中進行計算。
根據3D科學谷的市場判斷，GPU與CPT的應用結合將滲透到從建模仿真到數字孿生體技術，再到過程控制等3D列印工藝鏈的方方面面，而由GPU這種算力所支撐的人工智慧算法將統治3D列印的方方面面。
/ 3D列印創造附加值
另一方面，3D金屬列印已被認為是傳統半導體生產的潛在長期替代方案。鑒於其令人難以置信的複雜性，半導體晶片的3D列印還需要一段時間，但隨著世界努力去創造足夠的GPU來推動人工智慧的繁榮，英偉達和其他公司有動力加速這一發展。利用現有的晶片處理技術，即使是非常小的設計變更也需要幾周的交付時間：下一代 3D 列印技術旨在消除這種延遲，從而減輕供應鏈的壓力。
3D列印還可以成就更好的產品性能，根據《創成式設計和增材製造重定義晶片光刻機晶圓台的熱管理性能》一文，在下一代增材製造晶圓工作檯部件的設計開發中，正在從人工設計向計算機生成（即創成式設計）和人工輔助設計（相對於計算機輔助設計）過渡。舉例來說，3D列印可以最大限度地提高晶圓台的熱均勻性，同時不引起系統中的流體壓力下降。先進冷卻策略的一個額外好處是縮短熱穩定時間，提高生產效率。通過新穎的創成式設計方法（使用Diabatix的 ColdStream平台）可以自動生成最佳的自支撐冷卻結構，降低了整體溫差，將流體壓力保持在系統要求的範圍內，並使整個系統生產晶圓產品的周期縮短。
3D Systems
另一個案例是通過3D列印晶片卡盤，可以提高定位速度，降低半導體行業的成本。對於ASML這類公司來說，每小時可以移動的晶圓數量非常重要。晶片台越輕，加速越容易，因此生產率越高，這對ASML來說具有很高的價值。一個典型的解決方案是Additive Industries提供的，Additive Industries製作了ASML卡盤的兩個原型，已經實現了30％的重量減輕，並且平台僅重約8公斤。
Additive Industries
/「搶灘」進行時
3D科學谷認為半導體相關產業鏈正在「搶灘」3D列印技術，「半導體光刻機」被稱為「史上最精密機器」之一，尼康作為全球為數不多可以生產光刻機的製造商，無獨有偶，根據3D科學谷的市場觀察，尼康早先就通過資本投資進入到金屬3D列印領域。在尼康長達一個世紀的尖端光電和精密技術基礎之上，2019年，尼康成立專門事業部加速推進先進位造等新增長業務。從那時起，通過利用戰略投資產生的協同效應，包括收購全球金屬增材製造解決方案提供商 SLM Solutions Group AG (SLM)，以及在此之前收購端到端增材製造解決方案提供商 Morf3D Inc. (Morf3D) ，尼康向數字製造產業化邁出了重要一步。
關於尼康收購 SLM Solutions的戰略出發點，3D科學谷曾給出了兩個判斷，一個是尼康的測量技術將進一步提升SLM Solutions設備的智能化水平；另一個戰略出發點是金屬3D列印將提升尼康在光刻機領域的技術地位。
正如輪胎巨人米其林投資了3D列印企業Addup, 阿迪達斯投資了Carbon，隨著3D列印對重塑下游企業競爭力的重要性顯現，這一價值鏈的變化也在影響和重塑投資邏輯。