Применение PEEK в гуманоидных роботах

В октябре 2023 года Министерство промышленности и информационных технологий Китая отметило, что гуманоидные роботы готовы стать деструктивными продуктами, следуя по пути компьютеров, смартфонов и новых энергетических автомобилей, обещая глубоко преобразить человеческое производство и образ жизни.

В декабре 2023 года Tesla представила второе поколение своего гуманоидного робота, Optimus-Gen 2, с сокращением веса на 10 кг по сравнению с первым поколением и увеличением скорости ходьбы на 30%, в основном благодаря использованию легких материалов и исполнительных устройств с высокой плотностью мощности.

В последний торговый день 2023 года гуманоидные роботы вышли на сцену с дебютом своего IPO, завершив церемонию звонка колокола на Гонконгской фондовой бирже.

Спрос на материалы в робототехнике в основном сосредоточен на легкости и прочности. Второе поколение роботов решает эти проблемы, используя PEEK (полиэфир-эфир-кетон) и исполнительные устройства с высокой плотностью мощности. Недавно на PEEK материалы усиленно обратили внимание на рынке, что способствует популяризации не металлических материалов в секторе легких конструкций.

Вопрос о том, сможет ли гуманоидная робототехника принести возможности для индустрии PEEK, зависит от двух вопросов: 1) Можно ли использовать PEEK? 2) Как много PEEK используется?

Является ли PEEK лучшим выбором для гуманоидных роботов?

Не только второе поколение роботов Tesla сбросило 10 кг, но и их способность к балансировке значительно улучшилась. В индустрии широко распространено мнение, что замена пластика на высокоплотные металлы может быть неотъемлемой. В отношении динамики индустрии, ARKPEEK на платформе вопросов и ответов упоминает: "Материалы PEEK применяются в компонентах, связанных с роботами, и в настоящее время у заказчиков компании имеются приложения в области робототехники".

С точки зрения материала, основной вопрос о том, используют ли гуманоидные роботы PEEK, зависит от характеристик материала и соображений о стоимости.

POM (Полиоксиметилен), PA66, UHMWPE (Ультравысокомолекулярный полиэтилен) и PEKK (Полиэфир-кетон-кетон) - несколько высокопрофильных инженерных пластмасс в индустрии, которые служат конкурентными материалами PEEK.

Однако нейлоновые инженерные пластмассы подвержены вздутию и гидролизу, и аналогичные опасения существуют и для POM. Кроме того, как POM, так и UHMWPE имеют низкую температуру плавления, и за исключением PEKK, несколько конкурентных материалов обладают худшей механической производительностью по сравнению с PEEK или могут не быть подходящими для требований к производительности гуманоидных роботов.

PEKK тесно следует за PEEK по различным показателям производительности, но его процесс индустриализации медленнее. PEKK был разработан компанией DuPont в США в 1962 году, за пятнадцать лет до PEEK. Позже технология была передана компании Arkema для индустриализации. Однако медленное улучшение масштаба производства и несовершенные приложения привели к относительно высоким затратам на использование. Китайские компании, такие как Victrex, работают над технологическими прорывами.

Множество преимуществ PEEK в производительности могут хорошо соответствовать потребностям гуманоидных роботов, улучшая нагрузку и гибкость роботов, делая их "легкими" и проворными, но стабильными как скала. Использование материалов PEEK для снижения веса означает, что роботы могут делать больше и идти дальше. Таким образом, PEEK может стать одним из основных материалов для гуманоидных роботов в будущем.

Сколько PEEK необходимо для гуманоидных роботов?

PEEK, благодаря своим отличным характеристикам, может использоваться в зубчатых колесах, сочленениях, конечностях и других частях гуманоидных роботов.

Нет точного числа для количества PEEK, используемого в одном гуманоидном роботе. Предполагая, что зубчатые колеса и сочленения используют 1 кг чистого материала PEEK, а конечности используют 8 кг композиционного материала CF/PEEK (обычно с содержанием PEEK менее 30%) для снижения веса, расход PEEK для одного робота составляет 6,6 кг.

Другим методом оценки является расчет объема всего тела робота с использованием плотности алюминиевого сплава, а затем замена 25% объема материалом PEEK. В этом случае расход материала PEEK для одного робота составит около 6,9 кг.

Исходя из этих предположений, спрос на материалы PEEK может достигнуть 6600-6900 тонн на каждый миллион роботов.

Илон Маск заявил, что конечная цена гуманоидного робота Optimus может быть ниже $20,000 и ожидается массовое производство в течение 3-5 лет. Если мы используем оценку в 6,6 кг на робота и цену 350,000 китайских юаней за тонну, стоимость материалов PEEK для одного робота составит около 2300 китайских юаней, что составляет 1.65%.

Преимущество Китая в ценах на PEEK значительно.

Как уже упоминалось ранее, стоимость является одним из основных факторов при выборе использования этого материала.

Стоимость PEEK включает в себя прямые материалы (75%), прямые затраты на производство (11%), прямую рабочую силу (8%) и энергозатраты, энергию и транспортные расходы (6%).

Сырье составляет 75% производственной стоимости материалов PEEK, в основном включая фторкетон, гидрохинон, дифенилсульфон, карбонат натрия и т. д. Фторкетон является основным сырьем для PEEK, и примерно 0,7-0,8 тонны мономеров фторкетона требуется для производства 1 тонны материала PEEK.

Внутренняя цена на материалы PEEK составляет около 300,000-400,000 юаней за тонну, в то время как за границей цена составляет около 800,000-1,000,000 юаней за тонну. Внутренние продукты имеют значительное преимущество в цене, что указывает на явный тренд к внутренней замене.

В заключение:

1, В будущем PEEK может стать одним из основных материалов для гуманоидных роботов;

2, Каждый миллион роботов может потребовать 6,600-6,900 тонн PEEK;

3, Технология синтеза PEEK сложна, и барьеры для клиентов высоки, с относительно концентрированной мощностью;

4, Преимущество Китая в ценах на PEEK значительно, что подчеркивает его глобальное ценовое преимущество.