人形机器人深度研究系列九：人形机器人轻量化：产业化前夕的进修课，应用为重-东吴证券
◆ 轻量化是人形机器人商业化前夕的进修课。轻量化可以解决当前人形机器人行业的几大痛点—续航、散热、零部件性能不达标、灵活度 不足等，因此特斯拉、优必选等主流主机厂正在发力。从路径上看，主要分为结构轻量化（参数优化/拓扑优化/形态优化/集成化来实 现“0成本”轻量化）及材料轻量化（轻金属、工程塑料等）。由于轻量化之路刚刚开始，基于材料本身设计结构仍处早期，结构轻量 化受制于技术路径未收敛及企业跨界能力有待提升等因素进展较慢，材料轻量化是当前的主流路径。
◆ 工程塑料—PEEK：工程塑料金字塔的顶端。PEEK材料位于工程塑料金字塔的顶端，性能优异，具有机械特性好、耐热等级高、耐腐蚀 、加工特性优异等特点，主要应用于航空航天及汽车、电子电器等领域。24年PEEK价格高达约30万元/吨，原材料氟酮为主要来源（成 本占比50%），价格达12万元/吨，主要系氟酮和PEEK工艺&产能为铸就较高壁垒，其中PEEK的熔指、黏度、结晶性等核心指标的平 衡以及后期进一步改性优化性能，过程冗长，变量多且难以控制。需求端，24年全球/中国PEEK市场空间为61/19亿元，预计2027年将 达85/28亿元，CAGR分别为11%/13%。供给端，21年海外三大巨头（威格斯、索尔维、赢创）市占率合计达86%，中研股份仅8%。
◆ 金属材料—镁合金：成熟应用，经济性凸显。镁合金是优质的轻质合金，具备比强度高、延展性好、抗电磁干扰能力强等有点，在汽车 轻量化中已成熟应用。价格端，截至5月镁价处于低位，镁铝价格比仅0.87（价格比=1.29，镁铝成本基本一致），在轻量化的同时实 现降本。应用端，宝武镁业和埃斯顿联合推出镁合金工业机器人“ER4-550-MI”，实现减重11%，能耗降低10%，节拍提升5%，同 时在减震、电磁屏蔽和散热方面有所提升，而在人形机器人中镁合金能耗降幅有望更多，在骼、外壳等部件应用可期。
◆ 工程塑料—尼龙PA：柔韧性优异，应用成熟。PA6和PA66是具有优异抗冲击性和柔韧性的工程塑料，需求成熟稳定，2018-2023CAGR不足5%，PA6格局分散，2022年产能CR4不足25%，PA66较为集中，CR3（神马股份、英威达、华峰集团）达75%。应 用端，PA在汽车发动机、燃油供给系统、电气系统、底盘系统等已大量成熟应用，同时碳纤维增强后在工业机器人谐波减速器刚轮及 第七轴驱动系统中的丝杠。
◆ 人形机器人轻量化：材料为辅，应用为重。在整机重量分布中，关节模组占比较大（约40%），结构件次之（约30%），外壳占比仅 10%，因此：1）谐波减速器：PEEK刚轮是减重首选，头部厂商已有专利布局，新进入者已发布相关产品（科达利子公司25年4月发布 多款Peek材料谐波减速器）；2）滚柱丝杠：采用PEEK减重效果突出，可通过碳纤/玻纤改性增强，在强度和刚性层面达到要求，但加 工难度大，精度&效率均难以保证；3）无框电机：轻量化的路径包括材料选择/集成化/磁路优化/制造工艺，其中核心是磁材选择和磁 路设计；4）壳体及结构件：需要刚性&韧性共同提供支撑及保护，但相对核心传动部件来说，性能要求较低，镁合金工艺成熟且性价 比突出，短期推广可行性大，尼龙PA具备高强度&柔韧性&耐腐蚀性，长期2C端有望放量，当前1X Technologies即采用编制尼龙作为 外壳。综合测算下，百万台人形机器人（旋转&线性关节）中，PPS/改性PEEK/镁合金/改性尼龙市场空间分别为1/20/3/3亿元。综合 考虑市场空间、竞争格局、技术难度：PEEK>镁合金>尼龙。
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