特斯拉人形机器人OptimusG3最新图片曝光，今年演变的两大方向是灵巧手触觉和轻量化。

在昨天的文章中，我们梳理了灵巧手的最新变化。

从最新照片可以看到新一代G3外壳质感变化，机器人轻量化仍然是大势所趋。

本文重点解析人形机器人两大核心轻量化材料：PEEK材料和镁铝合金。

01

人形机器人轻量化材料概览

从人形机器人的结构组成来看，“大脑”和“小脑”涉及到的相关材料为AI材料，“肢体”部分需要应用化工新材料实现轻量化和“感知”功能。

通常实现机器人轻量化有两条路径：

1、结构层面：提高内部硬件集成度，例如采用一体化关节、采用体积更小、性能表现更出色的零部件等方式，或者直接减少不必要的外观结构件。

2、选用更轻量化、强度较高的材料，也是目前机器人探索轻量化的主要路径之一。

从应用方向分类，机器人实现轻量化的材料主要为高端工程塑料、碳纤维复合材料和镁铝合金。

高端工程塑料包含聚醚醚酮（PEEK）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、热塑性弹性体（TPE）和超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）等。

当前在“以塑代钢”趋势下，PEEK材料以其优异性能有望在中高端应用中逐步取代金属材料的使用。

而为了解决PEEK低温脆性问题，常用做法是PEEK与碳纤维复合。

此外，轻量化另一大方向是更换密度更小的材料，比如将铝合金换成更轻的镁铝合金。

02

PEEK材料概览

人形机器人需要具备灵活的运动能力和高效的能源利用效率，过重的机身会影响灵活性和续航能力。

在电池技术暂无显著突破的情况下，轻量化材料可以减少机器人在运动过程中的能量损耗。

PEEK（聚醚醚酮）材料作为金字塔尖的特种工程塑料，在机械强度和高温性能等性能上都契合人形机器人性能需求，是轻量化首选材料，主要用在人形机器人的齿轮、关节、四肢骨架等部位。

根据公开披露数据对比，特斯拉、优必选、智元等机器人平均重量约在58Kg。

其中齿轮和关节用1kg纯PEEK材料，肢体中用8kgCF/PEEK，预计单台机器人对PEEK消耗量为6.6kg。

PEEK材料产业链

上游原材料

原材料整体成本占比较高，其中氟酮成本占比过半。

氟酮（DFBP）是合成PEEK的关键原材料，其纯度和品质直接影响PEEK的产品质量。全球除英国威格斯有部分自有产能以及印度有少许产能外，全球氟酮主要产能集中在我国的三家企业：新瀚新材，中欣氟材和营口兴福。

公开资料显示，新瀚新材与PEEK领域全球主要厂商SOLVAY（索尔维）、VICTREX（威格斯）、EVONIK（赢创）及国内主要PEEK生产商中研股份、吉大特塑及鹏孚隆均建立长期合作关系；中欣氟材已建成5000吨PEEK核心中间体DFBP（4,4’-二氟二苯酮）的产能，该产品是PEEK材料合成的关键单体，占据PEEK产业链上游核心地位。

中游：PEEK材料生产制造

PEEK中游生产进入门槛高，生产工艺复杂。

全球PEEK市场呈现“一超多强”的竞争格局。

英国威格斯是全球最大的PEEK生产商，其次是比利时索尔维和德国赢创，三家企业的产能占比超过全球总产能的80%。

2016年起，国产企业逐步打破海外PEEK垄断。我国PEEK的研发集中在高校、科研院所和少数企业。当前多个国产PEEK产品的主要已达到国际先进水平，主要产能集中在中研股份、浙江鹏孚隆、吉大特塑料等公司。

中研是继英国威格斯公司、比利时索尔维公司和德国赢创公司之后全球第4家PEEK产能超过千吨级的企业，是目前除英国威格斯公司外全球第2家能够使用5000L反应釜进行PEEK聚合生产的企业，也是目前PEEK产量最大的中国企业。

浙江鹏孚隆、山东君昊、南京聚隆、沃特股份、普利特、华密新材料、金发科技、双林股份、会通股份等众多厂商近年来也在该领域布局。例如，沃特股份规划建设聚芳醚酮（PAEK）合成树脂产能1,000吨，控股子公司浙江科赛已具备百吨级聚芳醚酮（PAEK）型材生产及加工能力；金发是国内较早进入特种工程塑料领域的企业，拥有自主研发的PEEK聚合技术能力。

PEEK材料加工

PEEK材料加工包括注塑成型、热压成型、模压成型等成型方法。

注塑成型是效率最高PEEK复合材料常见加工成型方法。

注塑机是关键加工设备，其工作原理与打针用的注射器相似，是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

国内注塑机厂家众多，海天国际、伊之密、力劲科技、博创智能等是主要供应商。

PEEK材料与碳纤维复合

当前市场普遍也关心PEEK材料较脆，以及单价偏贵等问题。

为解决PEEK低温脆性问题，当前常用做法为PEEK与碳纤维复合，碳纤维高强高模特性，赋予复合材料更高强度、模量以及抗变形特性。

根据《CF/PEEK复合材料的性能研究》数据，碳纤维体积含量70%的CF/PEEK织物拉伸强度、拉伸模量与铝合金、钛合金基本相当，而密度仅为铝合金的58%、钛合金的36%，因此通过CF/PEEK复合，可在解决塑料脆性问题的同时实现轻量化。

目前常用于制造连续CF/PEEK碳纤维增强聚醚醚酮）预浸料的技术主要有熔融浸渍、粉末悬浮和混编模压。

以熔融浸渍技术为例，原理是将连续碳纤维放在纱架后，经过辊轮调节使其受力均匀地进入分丝系统，在分丝系统中碳纤维经过展开辊和预热充分展开后进入浸渍系统中，在高温高压下用熔融PEEK对碳纤维浸润，最后牵引收卷得到连续CF/PEEK预浸料。

生产厂家：TenCate（原荷兰，现已被日本东丽收购）、GuritSuprem（瑞典）、ICI（英国）等海外公司，国内技术还不太成熟，肯特股份、光威复材等一些厂商有相关布局。

镁铝合金

特斯拉第三代人形机器人可能采用镁铝合金等轻量化材料。

镁铝合金是以镁为主要添加元素的铝合金，具有密度小强度高、散热好以及可薄壁成型等优点。

约为铝合金的2/3、钢铁的1/4，在保证机器人强度和刚性的前提下，能大幅减轻重量，通常用于制造机器人的外壳、躯干、关节等结构部件。

海外实例应用中，日本本田ASIMO机器人通过镁合金外壳实现自重降低，机动性提升50%。ABB的YuMi机器人采用镁合金双臂，实现精确抓取控制，真正实现人机协作。

宝武镁业与南京埃斯顿机器人签订战略合作协议，探索镁合金在机器人领域的应用。为无人机厂商大疆等轻量化和高性能提供支持；宜安科技是全球最早布局大型镁铝合金压铸设备的企业之一，拥有完整的镁铝合产业全链条；万丰奥威以“镁合金-铝合金-轻质高强度钢”金属材料轻量化应用为主线，在汽车轻量化领域镁合金压铸业务市占率北美第一，铝合金轮毂市占率位居全球前五；星源卓镁6000吨镁合金压铸机已完成调试，首套储能电池壳体模具进入量产阶段。

未来若在机器人内部结构件中广泛替代传统材料，对镁合金的需求量有望增加。乐晴智库精选