机器人轻量化深度报告：机器人轻量化大势所趋，镁合金&PEEK材料加速应用

首席证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002zhouersh@dwzq.com.cn 证券分析师：钱尧天执业证书编号：S0600524120015qianyt@dwzq.com.cn 投资要点： 1.人形机器人为何需要实现轻量化？ 轻量化设计就是在满足机器人功能和性能要求的前提下，通过优化结构、选用轻质材料、改进制造工艺等手段，尽可能地减轻机器人的重量。通过轻量化减重，人形机器人可以实现更长的续航以及更高的运动动态响应速度。当前人形机器人主机厂普遍将“轻量化”作为迭代核心之一，通过自研高扭矩密度电机、拓扑优化结构、一体化伺服模组、碳纤维及复合材料等手段持续降低整机质量，头部人形机器人厂商的机器人产品迭代大多伴随着整体重量的减轻。目前机器人轻量化主要采用铝合金、镁合金（或铝镁合金）、碳纤维和高性能工程塑料PEEK等材料，但单一材料难以兼顾强度、刚性、成本与加工工艺。我们判断未来趋势是镁合金、碳纤维、PEEK等多材料协同应用，按功能分区优化设计。 2.镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升 镁合金密度仅为铝合金的2/3，却在比强度、减震性、电磁屏蔽性和加工性能等方面展现出综合优势。尤其适用于对轻量化、吸能性和成型效率要求较高的结构件。过去镁合金高成本、成型工艺复杂性与耐蚀性三大问题制约其工业化落地，价格与工艺的同步改善助推镁合金渗透率提高。价格方面：2021年前镁铝价格比长期高于1.5，镁材渗透动力不足；近年来伴随镁材价格走弱，镁铝比降至接近1.0，价格压力逐步缓解。工艺方面：半固态镁合金压铸工艺提高镁合金加工工艺安全性，复合涂层工艺提高镁合金抗腐蚀与抗氧化能力，镁合金使用性能不断提高。近年来压铸机龙头企业纷纷布局半固态镁合金压铸设备，星源卓镁采购了伊之密的镁合金压铸设备用于生产新能源汽车零部件，博奥镁铝采购海天金属的镁合金压铸设备用于加工仪表盘横梁支架。埃斯顿与宝武镁业合作推出了镁合金打造的工业机器人，整体减重11%，节拍提升5%，能耗降低10%，性能表现优异。我们判断镁合金未来有望逐步渗透人形机器人部件。 3.PEEK材料：综合性能优异，有望应用于核心关节零部件 PEEK具有机械特性好、阻燃性好、耐磨、耐腐蚀、耐水解性、耐热、耐剥离以及生物相容等一系列特点。与金属材料相比，PEEK性能全面胜出。PEEK比强度大，在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小材料本身的自重，此外PEEK在绝缘性、耐化学性方面均优于普通金属。目前制约PEEK材料大规模使用的主要因素为成本较高，原因在于：①PEEK材料生产工艺复杂，扩产难度高且周期长，供给端无法快速放量降本；②核心原材料氟酮市场空间小竞争格局集中，企业降价意愿低。人形机器人打开PEEK材料应用场景，其成本有望逐步下探，我们判断PEEK材料可最先用于人形机器人核心部件中的以塑代钢。 4.投资建议 镁合金压铸领域建议关注【旭升集团】【宝武镁业】【星源卓镁】，PEEK材料领域建议关注【中研股份】【沃特股份】【新瀚新材】【中欣氟材】。 5.风险提示 人形机器人量产不及预期，PEEK材料降本不及预期，宏观经济风险。 1.人形机器人为何需要实现轻量化？ 2.镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升 3.PEEK材料：综合性能优异，有望应用于核心关节零部件 4.投资建议与风险提示 1.1轻量化：机器人领域的降本增效密码 ⚫新能源汽车轻量化可显著提升续航：根据星源卓镁招股说明书，车重对新能源车续航影响较大，相同带电量情况下，汽车减重10%能够提升7%的续航能力。⚫人形机器人实现轻量化的意义： 1）续航：与新能源车通过减重提升续航相同，机器人减重同样可以提升续航能力。“首届机器人半程马拉松挑战赛”中天工Ultra采用碳纤维材料进行减重，显著提升了续航能力，并在比赛中夺冠。 2）响应速度：通过轻量化设计，机器人各个关节以及躯干实现减重，可以降低人形机器人各个关节在运行时的转动惯量。转动惯量越低，人形机器人电机实现加速与减速所需扭矩更低，在运动中就表现为更高的动态响应速度。 1.2机器人轻量化已是大势所趋 ⚫随着人形机器人向通用人工智能平台和真实环境应用不断推进，整机的结构重量成为制约运动性能、能效比、续航时长和场景适应性的关键因素。当前主流厂商普遍将“轻量化”作为迭代核心之一，通过自研高扭矩密度电机、拓扑优化结构、一体化伺服模组、碳纤维及复合材料等手段持续降低整机质量。 1.2机器人轻量化已是大势所趋 ⚫主流技术路线：目前机器人轻量化主要采用铝合金、镁合金（或铝镁合金）、碳纤维和高性能工程塑料PEEK等材料。铝合金因其性价比高广泛应用于结构件；镁合金更轻且具备良好阻尼性能，适合承载部位减重；碳纤维强度高、刚性好，常用于四肢和外壳等对重量敏感的部位；PEEK则以其高强度和耐磨性在关节、绝缘和复杂结构件中发挥优势。 ⚫趋势判断：多材料协同。单一材料难以兼顾强度、刚性、成本与加工工艺。未来趋势是镁合金、碳纤维、PEEK等多材料协同应用，按功能分区优化设计。 1.人形机器人为何需要实现轻量化？ 2.镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升 3.PEEK材料：综合性能优异，有望应用于核心关节零部件 4.投资建议与风险提示 2.1镁合金vs铝合金——镁合金性价比更优 ⚫镁合金作为轻量化材料具备显著性能优势：镁合金密度仅为铝合金的2/3，却在比强度、减震性、电磁屏蔽性和加工性能等方面展现出综合优势。尤其适用于对轻量化、吸能性和成型效率要求较高的结构件。 ⚫近年来，随着新能源汽车与机器人等终端对减重与结构集成需求的提升，镁合金作为铝的理想替代正受到广泛关注。 2.2高成本与工艺难题曾制约镁合金发展 ⚫镁合金应用的三大历史瓶颈：尽管镁合金具备突出的性能优势，但过去镁合金高成本、成型工艺复杂性与耐蚀性三大问题制约其工业化落地。 ⚫价格与工艺的同步改善助推镁合金渗透率提高。价格方面：2021年前镁铝价格比长期高于1.5，镁材渗透动力不足；近年来伴随镁材价格走弱，镁铝比降至接近1.0，价格压力逐步缓解。工艺方面：半固态镁合金压铸工艺提高镁合金加工工艺安全性，复合涂层工艺提高镁合金抗腐蚀与抗氧化能力，镁合金使用性能不断提高。 2.3半固态压铸技术解决镁合金加工难点 ⚫半固态注射成型（Thixomolding）是一种先进的镁合金加工方法，将金属颗粒加热剪切至半固态状态后注射入模具成型。相较传统高压压铸，具备更高安全性与成型稳定性。⚫流程步骤简述： 1）进料：镁合金颗粒（Mg chips）从料斗进入螺杆机筒。2）加热剪切：螺杆旋转配合多段加热（580–630℃）形成含球状固相的半固态浆料。3）储料压实：浆料在机筒前段压实，提高密度和流动性。4）注射成型：浆料经喷嘴高速注入模具，在闭模状态下快速冷却凝固，获得致密精密零件。⚫工艺亮点：安全、质量稳定、适用广泛。 2.3半固态压铸：对工艺、设备和材料要求较高 ⚫镁合金半固态压铸对工艺、设备和材料都有较高要求。 ⚫工艺：①温度稳定性要求高，以保持镁合金的稳定固相率；②注射速度需要与压力相匹配；③注射成型后需要快速冷却以提高致密度。 ⚫材料：①AZ91D、AM60B两种镁合金是主流方案（有一定的凝固区间，液相线尽量低）；②Mg-Al-Ca、Mg-Zn等合金路线正在研发。 2.3半固态压铸VS传统压铸：安全性更高，产品性能更优 ⚫半固态镁合金压铸相比于传统压铸工艺，具备多方面的优势。 ⚫安全性高：传统压铸需要液态镁合金，容易燃烧；而半固态镁合金在密闭条件下成型，更安全。⚫环境友好：传统压铸需使用SF6保护气，容易造成污染；而半固态镁合金无需使用保护气。⚫卷气缺陷少：传统压铸容易产生紊流和气孔；而半固态镁合金层流填充能减少气孔产生。⚫力学性能好：半固态镁合金晶体结构更优，压铸成型的产品有更优异的强度和韧性。⚫能耗低：半固态镁合金压铸温度比传统压铸低100-150℃，能耗相比传统压铸低50%。 2.3半固态压铸：压铸机头部企业均有相关产品布局 ⚫头部压铸机企业纷纷布局半固态镁合金压铸设备。 ⚫伊之密：已有UN系列半固态镁合金注射成型机布局，星源卓镁为伊之密客户，已使用伊之密设备加工汽车零配件与结构件。 ⚫海天金属：已有HMG系列半固态镁合金注射成型机布局，博奥镁铝为海天金属客户，已使用海天金属设备加工仪表盘横梁支架。 ⚫力劲集团：已有TPI系列半固态镁合金注射成型机布局，可用于汽车座椅骨架生产。 2.4应用端：镁合金汽车应用仍处初期，放量空间广阔 ⚫应用量效齐升，行业加速渗透 汽车领域占镁合金消费市场70%份额，覆盖10大系统、100+零部件；中国单车用量从2022年6kg提升至2024年12kg，北美为18kg；按照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2025/2030年目标分别为25kg和45kg，CAGR达到17.9%。 ⚫技术+场景双突破，带动结构件放量 1）上汽/宝武/星源卓镁等头部企业在电驱壳体、电池包、副车架等结构件实现突破：上汽集团第二代镁合金电驱动壳体采用半固态铸造工艺，力学性能提升20%，合格率从78%提升至95%，成本下降18%；宝武镁业建成全球首个6000T镁合金压铸单元岛，实现一体化车身结构件整体成型，较传统钢铝结构减重30%。 2）eVTOL飞行器主承力结构（减重40%）新兴领域加速渗透，亿航智能无人机采用镁合金框架后有效载荷提升15%。 2.4应用端：镁合金开始用于工业机器人，人形机器人应用可期 ⚫2024年宝武镁业与埃斯顿联合发布镁合金工业机器人“ER4-550-MI”，整机减重11%，节拍提速5%，能耗降低10%，在减震、电磁屏蔽和散热方面表现优异，展示镁合金在机器人结构件中的应用潜力。 ⚫宝武镁业在机器人领域已重点布局包括盖板、底座、控制臂等壳体类镁合金结构件。随着人形机器人目前，宝轻量化趋势加速推进，镁合金在骨骼、外壳等部位的替代潜力日益凸显，未来有望成为机器人领域的重要基础材料。 2.5镁合金压铸行业主流公司介绍 2.6旭升集团：已与多家人形机器人客户建立合作 营收小幅回落，利润略有承压。2020–2024年公司营收从16.28亿元增长至44.09亿元，期间CAGR=28%；归母净利润由3.33亿元增长至4.16亿元，期间CAGR=6%。2020-2024年公司毛利率从32.86%下降至20.28%，归母净利率从20.45%下降至9.44%，盈利下滑主要系生产成本提升等因素。 推进镁合金轻量化应用，拓展机器人市场。公司已将智能化镁结构件列为重点方向，积极布局人形机器人业务，已投入关节壳体、躯干结构等关键部件研发，斩获多家海内外客户项目定点。 2.7宝武镁业：已向多家工业机器人厂商供货 营收稳健增长，盈利能力下滑。2020–2024年公司营业收入从59.46亿元增长至89.83亿元，期间CAGR=11%。归母净利润从2.44亿元下降至1.60亿元。毛利率方面，2022年为16.09%，此后下降至2024年的11.70%；归母净利率同步回落，由6.71%降至1.78%。盈利能力下滑主要系费用上升和产品售价下降等多重因素影响。 构建“矿-镁-合金-结构件”一体化体系。2024年镁合金业务收入超24亿元，占比近三成。公司积极布局机器人轻量化部件，2024年12月与埃斯顿共同发布镁合金机器人新品，减重同时提升了节拍速度。依托成熟的镁合金压铸技术，公司产品有望切入人形机器人结构件赛道，贡献业绩增量。 2.8星源卓镁：深耕汽车轻量化压铸，有望切入机器人赛道 营收稳步增长，利润持续提升。2020–2024年公司营业收入从1.74亿元增长至4.09亿元，期间CAGR=24%；归母净利润由0.60亿元上升至0.80亿元，期间CAGR=7%。2020-2024年公司毛利率从54.60%降低至35.94%，归母净利率从34.48%降低至19.56%。毛利