热点关注·从春晚热舞到太空探索，复合材料引爆机器人革命
在科技飞速发展的当下，机器人领域的每一次突破都吸引着全球目光。2025年春节期间，宇树机器人在春晚节目《秧BOT》中惊艳亮相，其灵活且协调的身姿引发全网热议，不仅展示了机器人在表演领域的独特魅力，更彰显了其在运动性能上的卓越提升。与此同时，特斯拉在机器人领域的布局也备受关注，马斯克宣布 2025 年将实现千台Optimus人形机器人量产，并计划在2026年推出量产二代版本，随着量产规模扩大，成本有望大幅降低，这无疑让机器人走进千家万户的愿景更近了一步。而浙江大学杭州国际科创中心成功研发出全球最快的四足机器人——“黑豹”，其速度接近人类运动极限，打破了波士顿动力保持多年的世界纪录，展现出中国在机器人技术领域的强大实力。这些热点事件背后，是机器人技术的不断革新，而材料的选择与应用在其中起到了关键作用。在众多材料中，复合材料凭借其独特的性能优势，正逐渐成为机器人制造的关键材料，为机器人的发展注入了新的活力。 来源：荣格复材技术Part 1金属合金：坚实的结构基石严格意义来说，金属合金不是复合材料。但其在机器人制造中占据重要地位，所以今天也将之加入来简单谈谈。铝合金以其密度小、强度较大的特点备受青睐，其比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，铸造性能和塑性加工性能良好，导电、导热、耐腐蚀和可焊性也较为理想。在许多工业机器人和服务机器人中，铝合金常被用于制造机器人的手臂、底盘和外壳等部件，支撑起机器人的整体框架和运动部件。例如，在汽车制造工厂中，用于搬运零部件的工业机器人，其手臂和底盘多采用铝合金材料，既保证了足够的强度来承载重物，又减轻了自身重量，降低了能耗，提高了运动的灵活性。相关供应商代表：在铝合金应用方面，诺贝丽斯（Novelis）公司表现突出。诺贝丽斯是全球知名的铝轧制产品和铝回收企业，其研发的高性能铝合金材料，广泛应用于工业机器人和服务机器人的手臂、底盘和外壳制造。钛合金则具有更高的强度和耐腐蚀性，虽然成本相对较高，但在对强度和耐用性要求极高的机器人部件中有着不可或缺的应用。像一些用于极端环境作业的特种机器人，如深海探测机器人、太空探索机器人等，其关键的结构件和关节部分常采用钛合金制造，以确保机器人在恶劣环境下仍能稳定运行，承受巨大的压力和冲击力，保障任务的顺利执行。相关供应商代表：宝钛集团在钛合金领域有着深厚的技术积累和广泛的市场应用。宝钛集团作为中国最大的钛及钛合金生产、科研基地，其生产的钛合金材料，为众多特种机器人的关键部件提供了可靠保障。形状记忆合金（SMA）具有超弹性和形状记忆特性，在特定温度下发生相变，从而改变其形状。可用于制作机器人关节、致动器、手爪等，能够实现精细的运动控制、灵活的抓取以及适应环境变化。比如一些用于精密装配的机器人，其手爪采用 SMA 材料，能够根据不同物体的形状和尺寸，自动调整抓取的力度和形状，提高装配的精度和效率。相关供应商代表：记忆金属公司（Memry Corporation）是形状记忆合金领域的专业企业。在精密装配机器人领域，记忆金属公司生产的形状记忆合金（SMA）被广泛应用于制作机器人关节、致动器和手爪等部件。其SMA材料具有稳定的超弹性和形状记忆特性，能够根据不同物体的形状和尺寸，自动调整抓取的力度和形状，有效提高了装配的精度和效率，为精密装配机器人的发展提供了关键材料支持。Part 2高分子复合材料：柔性与创新的代表高分子复合材料在机器人领域展现出独特的魅力。聚醚醚酮（PEEK）作为一种特种工程塑料，比强度约是铝合金的8倍，拥有极好的耐热、耐磨、耐辐照等优异的物理及化学综合性能。在机器人中，通过与碳纤维复合，常用于制造机器人的骨架和关节部分。这不仅使机器人在保持高强度的同时实现了轻量化，还提高了其能效和负载能力，让机器人能够完成更复杂、更精细的动作。相关供应商代表：威格斯（Victrex）是全球领先的PEEK材料供应商，其生产的PEEK材料在机器人制造领域应用广泛。特斯拉第二代机器人手臂使用的碳纤维增强PEEK复合材料，其中的PEEK原料就部分来源于威格斯。聚酰胺（PA）凭借高机械强度、良好的韧性及耐磨性，广泛应用于人形机器人零部件的3D打印中。相关供应商代表：巴斯夫（BASF）作为化工巨头，在聚酰胺材料研发和生产方面实力雄厚。其生产的高性能聚酰胺材料，为3D打印在人形机器人零部件制造中的应用提供了优质原料。像EnstaParisTech和FlowersLab设计的Poppy机器人，在使用PA材料进行3D打印时，就选用了巴斯夫的相关产品。巴斯夫的聚酰胺具有良好的流动性和机械性能，能够满足3D打印复杂形状零部件的需求，并且打印出的零部件具有高机械强度、良好的韧性及耐磨性，有效提升了机器人的整体性能。PC/ABS合金兼具优良的耐热性和加工流动性，常用于制造机器人的复杂外壳。其良好的成型性使得机器人外壳能够设计出流畅的线条和精致的外观，同时还能为内部的电子元件和机械部件提供有效的保护。相关供应商代表：科思创（Covestro）在PC/ABS合金材料领域处于行业领先地位。软银的NAO机器人大量应用的PC/ABS合金就来自科思创。科思创的PC/ABS合金产品具有优良的耐热性、加工流动性和出色的成型性，使得NAO机器人的外壳能够设计出流畅的线条和精致的外观，同时为内部的电子元件和机械部件提供可靠的保护，有效提升了机器人的美观度和耐用性。聚苯硫醚（PPS）具有优异的耐高温和电绝缘性，适用于机器人中各类要求较高的应用，如齿轮和连接件。在机器人运行过程中，齿轮和连接件需要承受较大的摩擦力和机械应力，PPS材料的高性能能够保证这些部件在长时间、高强度的工作条件下稳定运行，减少磨损和故障的发生。相关供应商代表：东丽（Toray）在聚苯硫醚材料研发上不断创新。其生产的高性能PPS材料，在机器人的齿轮和连接件等关键部件中应用广泛。热塑性弹性体（TPE）具有橡胶般的弹性和可回收性，还有独特的触感和医用安全性。这使其在仿生机器人的外壳和手臂、灵活的连接电缆以及需要柔软触感的部件中应用广泛。比如一些用于医疗护理的机器人，其与人体接触的部位采用TPE材料，不仅能提供舒适的触感，还具有良好的生物相容性，不会对人体造成伤害。相关供应商代表：德国胶宝（KRAIBURG TPE）专注于热塑性弹性体的研发与生产。其生产的 TPE 材料在仿生机器人和医疗护理机器人领域应用广泛。在医疗护理机器人与人体接触的部位，如一些机器人的手部、触摸表面等，常采用胶宝的TPE材料。Part 3其他复合材料：各显神通的多面手碳纤维复合材料在机器人应用中优势显著。其密度仅为钢材的约1/3，强度却远高于许多金属材料，在保持结构强度的同时，可显著减轻机器人自重。此外，它还具有高刚度、耐疲劳、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数低、能量效率高等特点，成为机器人机械臂、关节部位等关键部件的理想选择。特斯拉人形机器人Optimus采用碳纤维材料制成轻质机身，大大提高了机器人的能效和负载能力，使其能够更高效地完成各种任务。相关供应商代表：日本东丽同样是碳纤维复合材料领域的佼佼者。据报道，特斯拉人形机器人 Optimus 采用的碳纤维材料，部分就来自东丽。精工科技设立了机器人子公司，并针对碳纤维复合材料在机器人部件的制造加工进行了布局规划。聚赛龙是将碳纤维用于机器人材料且已量产商业化的上市公司，若机器人材料需求增长，其将是主要受益者之一。 玻璃纤维增强聚合物（GFRP）价格相对较低，适用于大型机器人部件和外壳。在一些大型工业机器人中，使用GFRP制造外壳和部分非关键结构件，既能满足基本的强度和防护需求，又能有效控制成本。凯夫拉纤维比碳纤维复合材料和玻璃纤维增强聚合物更轻，抗冲击性和抗撕裂性更高，可用于制造防弹盾牌和机器人装甲。在一些特殊用途的机器人，如军事侦察机器人、防爆机器人等，凯夫拉纤维能够为其提供可靠的防护，增强机器人在危险环境中的生存能力。相关供应商代表：杜邦（DuPont）是凯夫拉纤维的主要生产商。在军事侦察机器人和防爆机器人等特殊用途机器人领域，杜邦的凯夫拉纤维发挥着重要作用。其生产的凯夫拉纤维比碳纤维复合材料和玻璃纤维增强聚合物更轻，抗冲击性和抗撕裂性更高，为这些机器人制造防弹盾牌和装甲提供了理想材料，有效增强了机器人在危险环境中的生存能力。石墨烯/蚕丝蛋白复合材料具有生物兼容性，可在远红外操控下实现微纳米结构的可控形变，用于制造微型软体机器人。这种微型软体机器人可实现柔性化、微型化以及远程操控，在生物医学、环境监测及国防安全等领域展现出广泛的应用前景。例如，在生物医学领域，可用于体内疾病的检测和治疗，通过远程操控，在人体内部进行精准的操作，减少对人体组织的损伤。Part 4未来展望随着科技的不断进步，复合材料在机器人领域的应用前景将更加广阔。在材料性能方面，科研人员将持续研发新型复合材料，进一步提高其强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等性能，使机器人能够适应更复杂、更恶劣的工作环境。例如，开发出在高温、高压、强辐射等极端条件下仍能保持稳定性能的复合材料，为机器人在太空探索、深海探测、核工业等领域的应用提供支持。成本与环保也是未来发展的重要方向。随着生产技术的改进和规模化生产的推进，复合材料的成本将逐渐降低，使其在更多类型的机器人中得到应用。同时，科研人员将更加注重复合材料的环保性，研发可降解、可回收的复合材料，减少对环境的污染和破坏，实现机器人产业的可持续发展。多材料复合技术将不断发展。为了满足机器人对材料性能的多样化需求，将不同性质的材料进行复合，制备出具有优异综合性能的复合材料。例如，将金属合金与高分子材料复合，结合两者的优点，使机器人部件既具有金属的高强度和刚性，又具备高分子材料的柔韧性和耐腐蚀性。智能化制造技术在复合材料机器人制造中的应用将更加深入。通过采用先进的智能化制造技术和设备，如人工智能、机器学习、3D打印等，实现复合材料的精确加工和成型，提高机器人的制造精度和效率。利用人工智能算法优化复合材料的设计和制造工艺，根据机器人的不同应用场景和功能需求，量身定制最适合的材料方案；3D打印技术则可以快速制造出复杂形状的复合材料部件，减少制造工序，降低成本。复合材料在机器人中的应用已经取得了显著成果，并且在未来有着巨大的发展潜力。随着材料科学与机器人技术的深度融合，复合材料将为机器人的发展带来更多的创新和突破，推动机器人在各个领域发挥更大的作用，为人类社会的发展做出重要贡献。来源：碳纤维生产技术
