3D打印行业研究：响应AI芯片散热革命，3D打印液冷板前景广阔

投资逻辑 冷板式液冷有望成为数据中心主流散热方案：从历史数据看，仅冷却一项可占到数据中心电耗的40%，随着GPU热设计功耗的不断提升，传统风冷散热开始面临瓶颈，而液冷的散热效率远高于风冷，尤其是采用微通道液冷天花板更高，根据英伟达数据，通过部署液体冷却的GB200 NVL72系统，一个50兆瓦的超大规模数据中心每年可节省超过400万美元。根据中国信息通信研究院数据，2024年我国智算中心液冷市场规模达到184亿元，同比增长66%，2029年预计进一步达到1300亿元，液冷市场需求有望迎来爆发。其中冷板式液冷是应用最广的液冷方式，作为一种间接液冷方式通过装有液体的铜/铝导热金属构成的封闭腔体来进行导热，由于服务器芯片等发热器件不用直接接触液体，所以该系统不需对整套机房设备进行重新改造设计，可操作性更强，因此冷板式液冷成熟度最高、应用最广泛。 3D打印有望成为液冷板制造最优技术路线： 3D打印具备传统机加工没有的制造优势，尤其适合液冷板制造：液冷板常见设计方案包括铲齿式、管道式、曲折式、针状式、微通道等，其中铲齿式是目前数据中心场景中占比最高的类型。3D打印首先解放了流道设计限制，流道设计可以通过拓扑优化、仿生设计复杂化以改善散热性能，而3D打印加工由于是分层制造其加工时间、成本对结构设计变化不敏感，反之CNC/铲齿加工在这方面受到加大的限制；同时传统液冷板主要通过钎焊、扩散焊等工艺完成焊接，其结构强度、连接处热阻弱于3D打印的一体化成型。 微通道液冷板成为新趋势，3D打印优势进一步放大：根据锦富技术信息，其开发的0.08mm微通道液冷板已获得某台湾客户的订单，已用于B200芯片的液冷散热系统，针对下一代B300芯片的适配方案也已完成多轮送样测试，反馈良好，进入生产准备阶段，通过微通道技术进一步增强散热性能大势所趋。一般将当量直径低于1mm的散热器定义为微通道散热器，由于微通道液冷板涉及极小尺寸的立体复杂结构制造（尤其是要实现仿生流道设计），传统铲齿、微铣削、微电火花加工、微冲压等制造工艺均存在较大限制，受到材料厚度和几何结构复杂程度的限制，难以加工出深宽比大和结构复杂的沟槽，3D打印的加工优势将进一步放大，并且可避免焊接过程导致微通道结构尺寸改变的问题。目前产业主要通过铲齿工艺进行加工，后续或向3D打印技术过渡。 铜材料打印较难但可突破，产业已有3D打印液冷板产品落地：铜由于对场景3D打印设备所使用的红光波段有较高的反射率难以加工，但产业已有采用绿光激光器、蓝光激光器的设备方案，可以显著降低铜的反射率。目前CoolestDC基于于EOS DMLS技术和高密度EOS Copper CuCP工艺开发一体式冷板，可承受6bar以上水压让GPU工作温度降低近50%；Fabric8Labs采用独特的电化学增材制造（ECAM）技术打印高精度冷板，可实现对芯片热点区域的精准冷却，性能显著高于采用铲齿工艺的微通道冷板；希禾增材通过绿光3D打印技术实现微通道液冷板制造，打印件最小壁厚可达0.05mm，致密度超过99.8%。整体来看，3D打印液冷板产业化落地是大势所趋。投资建议 考虑冷板式液冷有望成为数控中心主流散热方案，而3D打印在液冷板加工潜力较大，建议关注在金属3D打印尤其是铜3D打印有较好技术储备的企业。风险提示 新技术推广不及预期。 内容目录 1.冷板式液冷有望成为数据中心主流散热方案........................................................41.1随着芯片功率密度提升，液冷市场迎来爆发...................................................41.2其中冷板式散热产业链较为成熟，有望成为主流方案...........................................52. 3D打印有望成为液冷板最优制造技术路线.........................................................72.1 3D打印具备传统机加工没有的制造优势......................................................72.2 3D打印极致设计自由、一体化成型特点尤其适合液冷板制造...................................102.3微通道冷板成为新趋势，3D打印优势进一步放大.............................................122.4铜材料打印较难但可突破，产业已有3D打印液冷板产品落地...................................153.建议关注南风股份、铂力特、华曙高科..........................................................184.风险提示.....................................................................................19 图表目录 图表1：数据中心热量传递过程....................................................................4图表2：液冷散热效率远高于风冷..................................................................4图表3：英伟达Blackwell液冷计算托盘............................................................5图表4：中国智算中心液冷市场规模预计2029年达到1300亿元........................................5图表5：数据中心液冷实现方式....................................................................5图表6：冷板式液冷是应用最广泛的液冷方式........................................................6图表7：一次冷却主要通过CDU进行换热............................................................6图表8：数据中心常见液冷实现方式................................................................7图表9：模型数字化、模型可打印处理、模型切片、打印构成3D打印制造流程...........................7图表10：3D打印技术分类较多，但整体以挤压工艺、光聚合工艺、粉末颗粒黏合工艺、层叠工艺为主......7图表11：SLM技术原理...........................................................................8图表12：LMD技术突破制造尺寸限制，延展了SLM技术的应用范围.....................................8图表13：激光熔丝沉积将材料从粉末换成丝材以降低成本与提升效率...................................8图表14：3D打印制造流程类似CNC加工，但直接成型产品颠覆传统制造方式............................9图表15：3D打印与传统精密加工相比具有显著优势.................................................10图表16：3D打印当前主要应用领域...............................................................10图表17：数据中心液冷板结构....................................................................10图表18：数据中心目前液冷板以铲齿式为主........................................................11图表19：将流道拓扑优化后可以显著提升散热性能..................................................11图表20：通过拓扑优化+仿生设计得到的双尺度流道散热性能更强.....................................12图表21：传统冷板制造需要进行焊接，性能弱于3D打印一体成型.....................................12 图表22：锦富技术铲齿微通道液冷板已用于B200芯片的液冷散热系统.................................13图表23：将铜进行铲齿加工的微通道液冷板........................................................13图表24：微通道换热器通道设计有较大优化空间....................................................14图表25：微通道液冷板制造中3D技术路线前景更好.................................................14图表26：三种多孔结构增强热性能对比............................................................15图表27：3D打印可制造性能最强的多孔结构微通道骨架.............................................15图表28：铜是常用冷板材料中导热系数最高的......................................................15图表29：铜对常见红光激光器的吸收率极低........................................................16图表30：流道直径越小3D打印表面质量越低.......................................................16图表31：不同能量密度下EBSM成型铜的表面质量有较大区别.........................................17图表32：CoolestDC推出的一体式冷板能显著降低CPU/GPU温度......................................17图表33：Fabric8Labs基于ECAM技术打印的微通道冷板性能显著高于铲齿微通道冷板...................18图表34：希禾增材3D打印微通道液冷板...........................................................18图表35：建议关注公司..........................................................................19 1.冷板式液冷有望成为数据中心主流散热方案 1.1随着芯片功率密度提升，液冷市场迎来爆发 数据中心从室内热源到冷源设备的换热过程中，根据芯片热量从机柜服务器进入机房冷却水系统的方式不同，散热可分为风冷散热和液冷散热。风冷散热主要利用循环空气带走芯片热量，换热的热阻大，且空气传热能力有限，因此散热效率不高，散热系统能耗大。液冷散热利用液体带走芯片热量，具有高载热能力的液