中国镁合金产业链上下游正形成合力全面支持人形机器人的轻量化创新
来源:电机新材料 | 作者:大镁 | 发布时间: 4天前 | 118 次浏览 | 分享到:

马斯克09月12日买入超250万股特斯拉股票,总价值约10亿美元。 特斯拉董事会向马斯克提出一份新的薪酬,潜在价值接近1万亿美元。万亿美元薪酬的运营目标之一是要求交付100万台人形机器人。马斯克的推动下,特斯拉等厂商正加速将人形机器人带入现实。而要让机器人更灵活、高效,轻量化是必由之路。 



以特斯拉第二代人形机器人Optimus Gen2为例,相比第一代体重减少了约10公斤,从73kg降至63kg,行走速度提升了30%,全身控制能力显著增强。  减重带来了续航延长、运动惯性降低等多方面好处,人形机器人过重带来的能耗高、运动迟缓、安全隐患等瓶颈正在被轻量化突破。轻量化已成为决定人形机器人性能和商业化进程的核心因素之一。 


镁合金——新一代轻量化材料 

在人形机器人常用的轻量材料中,镁合金以高性能脱颖而出。镁的密度不到铝的2/3、钢的1/4,却具有更高的强度和刚度。与铝合金相比,镁合金重量减轻约30%。 在保证零部件强度的前提下可显著减轻自重——整机重量有望降低约10%左右。而且,镁合金具备优异的减振和散热性能,阻尼减振特性显著,受到冲击时吸收的能量比铝合金高出50%,能有效减少机器人运动中的振动并提升稳定性。镁合金的热传导和热容量特性散热更快,有助于改善电机和驱动部件的热管理。 镁合金还具备良好的电磁屏蔽能力,对机器人内部的电子元件形成天然的屏蔽。镁合金在低密度、高比强度、减振散热、电磁兼容等方面均表现突出,是人形机器人结构件和壳体的理想用材。   


 

图源:sunrise-metal


镁合金制成的结构组件样本,可实现薄壁、复杂几何形态 A.R.T Mental 


近年镁合金的成本优势也日益显现。随着宝武镁业等龙头大幅扩产,供给提升令镁价显著下行。自2024年3月以来,金属镁价格持续低于铝价,在相同制品下,镁合金材料的成本已可媲美甚至低于铝合金。当镁铝价比在1.2~1.3时,镁合金制件相对于铝合金已具备更高的性价比。 如今镁价进入平价时代,“以镁代铝”具备了经济可行性。随着压铸等加工工艺日趋成熟,镁合金将在机器人领域加速渗透。 


 镁合金在机器人上的应用 

特斯拉Optimus机器人正是镁合金轻量化应用的标杆案例之一。材料选型方面,据报道Optimus第二代已经采用镁合金作为关键轻量化材料,主要用于骨架壳体和电机驱动等部件。大量镁合金部件的引入使得Optimus Gen2相比上一代成功减重约10公斤。 特斯拉充分发挥了镁合金压铸成形的优势。Optimus Gen2的所有旋转关节壳体均采用镁合金一体压铸成型,在降低重量的同时,将关节制造成本下降了约40%。类似于特斯拉汽车领域的“Giga Press”一体化压铸技术,被行业视为突破传统机器人重量与成本瓶颈的革命性方案。  


Tesla  Giga Press 压铸机 


不仅特斯拉,其他领先机器人企业也在应用镁合金。 优必选的Walker X人形机器人采用镁合金框架,使整机减重30%,功耗降低10%,并成功获得大额订单验证了可靠性。 工业机器人领域,埃斯顿与宝武镁业合作推出的镁合金新品机器人“ER4-550-MI”,相比铝合金版本自重减轻11%,运行节拍提升5%。由于材料特性,这款机器人在减震、散热和电磁屏蔽方面表现出色,运行能耗降低了10%,整体性能得到大幅提升。  



特斯拉Optimus的膝关节支撑结构引入镁合金后,重量减少了42%。部分仿生手指骨架采用镁合金制作,使得在保证力量的同时大幅减轻了手部质量。由于四肢和关节减负,机器人不仅动作灵活性提高,还可以选用功率更小的电机和减速器,从而实现连锁式的减重和降耗良性循环。 根据分析测算,如果人形机器人的电机外壳、主体骨架等广泛采用镁合金,那么单台机器人可使用镁合金约10公斤左右,假设未来年出货量达百万台级别,潜在新增镁合金需求量将超过1万吨。 镁合金的推广,催生出巨大的新材料市场需求。 


 轻量化产业链 随着镁合金在机器人上的前景日益明朗,上游材料供应商和加工企业正迎来新机遇。 中国企业具备明显优势。 宝武镁业作为全球领先的镁合金供应商,产能和技术均居于行业前列,镁合金市场占有率约在30%左右(国内市场超过40%),对产业趋势具有重要影响力。宝武镁业近年来积极布局新能源汽车和机器人领域,供应链合作基础牢靠。  据公开信息,宝武镁业已经为特斯拉Cybertruck皮卡供应镁合金方向盘骨架和后座扶手架等部件。



在汽车领域的成功合作使业内普遍推测,宝武镁业极可能参与特斯拉人形机器人Optimus的镁合金部件供应。 虽然截至目前双方尚未公开确认Optimus项目的供货关系,但市场普遍认为宝武镁业已经在为特斯拉机器人做材料准备,甚至有消息称特斯拉正与国内压铸设备厂商合作,计划将镁合金一体化压铸技术引入Optimus机器人的机身制造中。 


特斯拉机器人供应链中已有中国企业身影。 旭升集团(603305.SH)便是特斯拉Optimus的重要供应商之一,主要提供执行器和关节的镁合金壳体等关键组件。  据投资者问答信息,旭升集团已与多家海内外人形机器人客户达成关节壳体、躯干结构件等产品合作。 旭升集团在2024年成功研发了半固态注射成型的镁合金电机壳体,并已与海外客户开展电驱壳体项目合作,实现了镁合金在机器人领域的重要突破。