来源：雪球App，作者： 银创智库，（https://xueqiu.com/9615908983/283803918）
导 读
人形机器人的主要上游产业包括钕铁硼磁材、工装刀具（铜镀层丝、硬质合金）、钢材、轻量化材料（镁合金、铝合金、PEEK）等。Tesla 人形机器人 Optimus主要包含 14 个旋转执行器以及 14 个线性执行器（主要原材料为钕铁硼磁材、工装刀具、电工钢等）；2 只灵巧手（主要原材料为不锈钢或高分子纤维）；主控制芯片、摄像头、电池包（我们假设其为 Tesla 设计的 4680 圆柱电池）以及整体骨骼框架（轻量化材料）。
每一百万台人形机器人出货对上游原材料的需求拉动顺序为：PEEK>镁合金>钕铁硼>铝合金>钢材。由于 Tesla 目前并未公布其使用轻量化材料的具体种类，我们分别计算了 Optimus 使用三种不同轻量化材料情形下的 100 万台人形机器人出货对上游原材料的拉动顺序，具体计算结果为 PEEK（64.5%）>镁合金（1.81%）>钕铁硼（1.20%）>铝合金（0.07%）>钢材。
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人形机器人上游零部件及原材料梳理
人形机器人的产业链主要由上游的原材料、中游的核心零部件以及下游的人形机器人整机构成。上游以钢材、磁材、铜材等金属原材料为主，中游以无框力矩电机、谐波减速器、行星滚珠丝杠等核心零部件为主。
根据 Tesla 在 Tesla AI Day 2022 上的介绍，其人形机器人 Optimus 主要包含 14 个旋转执行器（对应旋转关节）以及 14 个线性执行器（对应线性关节）。
其中，旋转执行器由无框力矩电机、传感器、谐波减速器、交叉滚子轴承组成；线性执行器则由无框力矩电机、传感器、行星滚柱丝杠、单列向心球轴承组成。同时，Optimus 还包含两只灵巧手，由空心杯电机、传感器、行星减速器以及绳驱组成。
上述零部件，再加上功能相当于人类大脑的主控制芯片、功能相当于人类眼睛的摄像头、负责整机动力源的电池包以及人形机器人的整体骨骼框架，共同构建了 Optimus 人形机器人。
我们进一步对其核心零部件进行拆解与分析。无框力矩电机是人形机器人旋转执行器与线性执行器都不可或缺的动力来源部件，根据科尔摩根所披露信息，其关键原材料/零部件包括钕铁硼磁材、SS400 系列钢材（对应国内牌号 Q235系列）、电工钢、铜材、树脂、集成电路板等。
谐波减速器为人形机器人旋转执行器中的主要机械传动装置，其内部结构以柔轮、刚轮、波形发生器构成，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。当波发生器进入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态。由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。
参考绿的谐波招股说明书，其 2017~2019 年采购的原材料中，以钢材、工装刀具、铝材为主。目前，国内外的谐波减速器柔轮材料基本为 40Cr 合金钢（机械制造业使用最广泛的钢材之一），包括 40CrMoNiA，40CrA，30CrMoNiA，38Cr2Mo2VA，其中 40CrMoNiA 与 40CrA 最为常用；在刚轮方面，各企业使用的材料则有所差异，其中日本哈默纳克几十年来使用的材料均为球墨铸铁，其产品寿命已获得长时间的验证，现在国内一些减速器厂商也开始使用球墨铸铁作为刚轮的制作材料。
工装刀具的使用与制作谐波减速器主要刚柔轮的制造工艺有关，目前国内的主流工艺路线为慢走丝工艺（利用连续移动的细金属丝作电极，对工件进行脉冲火花放电，产生 6000 度以上高温，蚀除金属、切割成工件）或滚齿、插齿工艺（滚齿运用展成法原理，使用滚刀来加工齿轮，相当于一对交错螺旋轮啮合；插齿则是用插齿刀按展成法或成形法加工内、外齿轮或齿条等的齿面）。
从谐波减速器加工工艺的实际效果来看，慢走丝加工精度较高，为目前国内谐波减速器的主要加工工艺，但其多次切割技术的特点，导致生产效率低。此外，慢走丝工艺由于其工作原理只能切割钢材，针对导电性能差的球墨铸铁则无法使用慢走丝加工。
而刚轮的插齿工艺可以应对任何材料，包括钢材和球墨铸铁。滚齿与插齿相较于慢走丝，在效率上提高了近 10 倍，但插齿与滚齿工艺的精度逊色于慢走丝加工工艺，因此，人们希望在插齿工艺上添加相应的附加装置，以此达到与慢走丝工艺一样的精度。综合来看，谐波减速器的柔轮滚齿、刚轮插齿工艺或许在未来会成为更好的加工工艺。
慢走丝所使用的原材料以铜锌合金为主，最早的慢走丝可以追溯到 20 世纪60 年代的紫铜电极丝。
滚齿和插齿工艺所使用的刀具原材料以高速钢为主，而目前硬质合金在滚刀与插齿刀上的使用越来越广泛。硬质合金是一种粉末冶金合成物，包含了一种或一种以上的硬质材料（如碳化钨）以及粘结材料（如钴）。这是一种硬度非常高的材料，其特性通常体现在很高的耐磨耗性以及热稳定性上面。
硬质合金滚刀材料成本较高，且要完全发挥合金滚刀的性能，需要配备性能足够的滚齿机，所以很长一段时间，硬质合金滚刀只在微小模数齿轮领域、汽车转向器小齿轮领域应用。
随着国内大部分变速器齿轮加工厂设备的更新，高速滚齿机越来越普及，干切技术得到大批量应用，粉末冶金材料滚刀制约了大批设备的性能，硬质合金滚刀得到了用武之地。且部分刀厂已经克服合金滚刀的制造瓶颈，能在保证交期的情况下批量供应高精度大外径滚刀。
插齿刀方面，硬质合金插齿刀在高速、高刚性、智能型的数控插齿机上高速插销齿轮，大大提高了齿轮的加工精度、表面质量和生产效率。合适的涂层提高刀具的耐用度，延长了插齿时间，减少了换刀次数，降低了齿轮加工成本。
行星滚柱丝杠是人形机器人线性执行器中的主要机械传动装置，其可以将旋转运动转化为直线运动，传动单元为丝杠及螺母之间的滚柱，其由行星架、内齿圈、螺母、滚柱、丝杠等组成。
Rollvis 及 Ewellix 为全球领先的行星滚柱丝杠生产商，研究他们在丝杠中所选用的原材料能够更好地判断现在乃至未来的丝杠原材料选择及趋势。
目前的行星滚柱丝杠主要制造工艺包括磨削及车削工艺。磨削工艺属于精加工，加工量少、精度高，在机械制造行业中应用比较广泛。由于磨粒的硬度很高，磨具具有自锐性，磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料。
关于磨削所使用砂轮的具体材料，可分为普通磨料砂轮（刚玉和碳化硅等）和超硬磨料砂轮（金刚石和立方氮化硼等）。对于行星滚柱丝杠这类以钢材为主的核心零部件，以传统的刚玉砂轮及 CBN 砂轮的材料形式更为适合。
行星滚柱丝杠的制造工艺在未来有望更多使用车削工艺。硬态车削指使用超硬刀具对硬度高于 50HRC 的材料进行精密切削，从而回避或减少使用磨削加工技术。车削的金属去除率是磨削的 3-4 倍，而且节省了砂轮修正时间，效率是磨削加工的 3 倍。
在车削工艺中所使用的车刀制造材料包括高速钢、硬质合金、超硬材料三类。高速钢刀具：采用高速钢制造，可以不断修磨，是粗加工半精加工的通用刀具。硬质合金刀具：刀片采用硬质合金制造，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高猛钢、工具钢等难加工的材料。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中人造金刚石复合片（PCD）刀具及立方氮化硼复合片（PCBN）刀具占主导地位。
灵巧手是人形机器人中具备高度灵活和精细控制能力的末端执行器，Tesla Optimus 人形机器人的灵巧手可以使用工具，并最多可以承载 20 磅的重量，其主要结构为空心杯电机、行星减速器搭配传动装置。空心杯电机的主要原材料如同前文所述的无框力矩电机，即钕铁硼磁材；行星减速器原材料可以类比谐波减速器；而传动装置原材料则需要结合具体的传动方案判断。
在现有的灵巧手传动方案中，腱绳传动是目前应用最为广泛的一种。腱绳传动是指通过腱绳和缠绕腱绳的辅助装置把驱动源的力矩传送到手指各个关节上的传动方式，由于传动腱绳具有较高的柔性以及较小的尺寸，使得腱绳传动对驱动器和减速器的结构尺寸要求较低，并且传动路线灵活多样。然而腱绳传动也有其应用难点，主要包括精确控制难于实施等。
在腱绳材料的选择方面，一般使用不锈钢或高分子纤维两大类，其中不锈钢丝绳材料制成灵巧手可以应用于工业、航空（太空操作）以及科研领域。
除了旋转执行器、线性执行器及灵巧手三个核心零部件之外，Optimus 还包含了控制芯片、摄像头、电池包（以 4680 电池为核心）、整体人形骨骼（以轻量化材料为核心）等其他部件，并最终组装成人形机器人产品。
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人形机器人质量拆分及重要原材料分析
根据测算，旋转执行器价值量占比最高（42%），线性执行器第二（36%），灵巧手排名第三（14%），其余系统分别为控制系统（5%）、视觉系统（1%）、动力系统（1%）、其他结构件（1%）。
若进一步拆分至核心零部件，则包括无框力矩电机（24%）、力矩传感器（18%）、谐波减速器（12%）、行星滚柱丝杠（18%）、轴承（10%）、空心杯电机（5%）、行星减速器（5%）、FSD 芯片（5%）、摄像头（1%）、电池（1%）、其他（1%）。
2.1、 Optimus Gen2 质量拆分
根据 Tesla AI Day 2021 披露的信息，当时该 Tesla Bot 为 Tesla 人形机器人的概念机，其身高约为 5 尺 8 寸（折合约 1.72 米），重量约为 125 磅（折合约 56.70kg），其中手臂搭载 12 个、腿部 12 个、手腕 12 个、躯干 2 个、脖子2 个，总计 40 个电机驱动。
而到了 Tesla AI Day 2022，Tesla 正式推出了其人形机器人产品，命名为Optimus，其整体重量为 73kg，并公布了更加具体的电机执行器设计方案，包含肩部 6 个、手腕 6 个、髋部 6 个、膝盖 2 个、肘部 2 个、脚踝 4 个、躯干 2个，共计 28 个无框力矩电机驱动，再叠加灵巧手部位一只 6 个，共 12 个空心杯电机，电机数量仍然保持 40 个不变。
同时，Tesla 也公布了其具体的电机执行器的重量参数以及负重参数：小型旋转执行器力矩为 20Nm，质量为 0.55kg；中型旋转执行器力矩为 110Nm，质量为 1.62kg；大型旋转执行器力矩为 180Nm，质量为 2.26kg。小型线性执行器最大受力为 500N，质量为 0.36kg；中型线性执行器最大受力为 3900N，质量为 0.93kg；大型线性执行器最大受力为 8000N，质量为 2.20kg。
2023 年 12 月，Tesla 进一步公布其最新人形机器人 Optimus Gen2 及相应的一些性能参数变化。Optimus Gen2 采用了 Tesla 设计的执行器和传感器、执行器集成电子元件和线束，并包含 2 个自由度驱动的全新颈部和 11 个自由度驱动的全新手部。同时步行速度提高 30%，平衡性能更好，重量减轻 10kg。
结合执行器所在部位、功能，Tesla 公布其执行器的尺寸及性能参数， 我们对 Optimus Gen2 所包含的身体部位共 30（28+2，新增 2 个颈部自由度）个执行器进行具体的拆分，如下：
灵巧手方面，Tesla 官方并未公布其灵巧手的相关质量参数，仅表示其单个灵巧手由 6 个驱动器驱动，并具备 11 个自由度，最高可以提起 20 磅（9.1kg）的物体。我们选择了具有详细产品参数，且与 Tesla 灵巧手具有一定相似度的因时机器人所生产的 RH56DFX 系列灵巧手作为比较对象。在此，我们假设Optimus Gen2 所用灵巧手重量与 RH56DFX 系列灵巧手重量相近，即单只灵巧手质量为 540g，左右两只灵巧手总质量为 1.08kg。
在电池包方面，Optimus Gen2 并未进行进一步的更新，在此我们假设Optimus Gen2 所使用的电池包与 Optimus 中披露的电池方案保持一致，即在躯干处搭载高度集成的 2.3kwh 52v 电池包，我们进一步假设 Optimus Gen2 所使用的电池包为 4680 圆柱电池。而 TroyTeslike（特斯拉生产与销售数据追踪服务商）根据 EPA 发布的关于 Tesla Model Y 续航测试结果进行了计算，发现当前美国小部分标准续航 Model Y 车型中使用的 4680 电池的能量密度为229Wh/kg，据此我们可以计算出 Optimus Gen2 所需电池包的电芯重量至少为10.04kg，考虑到电池包对应的包裹材料及其他材料，我们假设其电池包整体重量大约为 11kg。
在 Optimus Gen2 所使用的摄像头与芯片方面，其采用了纯视觉方案，使用了 3 个不同种类的 2D 摄像头，包括 2 个高清 2D 摄像机和一个广角鱼眼摄像机，以及 FSD 芯片，这些整体的重量不会太大。
据测算，质量占比最大的部分为旋转执行器（28.22%），其由 16个无框力矩电机、16 个谐波减速器及其他配套零部件组成；第二大部分为整体外骨骼（26.38%），其以轻量化材料为核心；第三大部分为线性执行器（25.11%），其由 14 个无框力矩电机、14 个行星滚柱丝杠及其他配套零部件组成；第四大部分为电池包，质量占比为 17.46%。
2.2、 稀土磁材：无框力矩电机及空心杯电机核心材料
如前所述，第三代稀土永磁材料钕铁硼，为人形机器人中重要核心零部件无框力矩电机、空心杯电机的核心材料，其作用主要为电产生磁场，从而与线圈相互作用，实现电能到机械能的转换。
除人形机器人电机应用以外，钕铁硼广泛应用于变频空调的压缩电机、风电直驱电机、新能源车、汽车 EPS 转向系统、汽车微电机、3C 端的 VCM 和听筒、工业机器人等诸多领域。根据我们的测算，2023 年钕铁硼下游应用需求仍较为分散：新能源汽车、工业电机和传统车的需求量占比较高，分别达到 16.5%、8.5%和 6.8%；工业机器人、风电和变频空调的占比分别为 6.8%、6.3%和 5.4%。
钕铁硼的供给方面，目前主要上市企业的总产能达到了 13 万吨（2022 年），并有相当数量的企业都有扩产规划。不仅以稀土磁材为主业的各大企业如金力永磁、宁波韵升、正海磁材、中科三环等在快速扩张，部分上游的稀土企业或其他企业也在进入稀土磁材板块。大量的产能增长意味着行业竞争加剧，磁材厂商可凭借客户优势、技术优势以及早期积累的市场占有率维持自身的领先地位。
具体看，据中国稀土行业协会数据，2022 年上半年全国烧结钕铁硼毛坯产量为 11.6 万吨，同比增长 15%；粘结钕铁硼产量 4490 吨，同比增长 2%。假设 2022 年下半年钕铁硼产量与上半年一致，则 2022 年全国钕铁硼的整体产量为 24.10 万吨，结合前文我们对于主要钕铁硼生产企业的产能梳理，则可以计算出 2022 年全国其他小型磁材企业的钕铁硼整体产能约为 10.78 万吨，我们进一步假设 2023~2025 年全国其他小型磁材企业的钕铁硼产量增速为 2018~2022年全国钕铁硼产量增速的平均值，那么 2023~2025 年全国其他小型磁材企业的钕铁硼产量分别为 11.79/12.90/14.12 万吨。
国外钕铁硼厂商主要包括日本日立金属、信越化学、TDK 以及德国 VAC 等。目前全球钕铁硼的产能主要集中于国内，国外产能我们参考弗若斯特沙利文的预测数据，即 2022/2023/2024/2025 年 海 外 企 业 钕 铁 硼 的 产 量 分 别 为2.2/2.3/2.4/2.6 万吨。
结合上述国内企业与海外企业的总产量，我们测算 2022/2023/2024/2025年全球钕铁硼总供给分别为 26.30/29.86/35.57/40.19 万吨。
需求端，机器人成为稀土磁材增长新引擎。2023 年 6 月 28 日，北京市人民政府办公厅印发《北京市机器人产业创新发展行动方案（2023-2025 年）》，明确到 2025 年，北京市机器人核心产业收入达到 300 亿元以上，打造国内领先、国际先进的机器人产业集群。2023 年 1 月 19 日，工业和信息化部等十七部门联合发布《关于印发“机器人+”应用行动实施方案的通知》，目标到 2025 年，制造业机器人密度较 2020 年实现翻番。
除了工业机器人以外，人形机器人对钕铁硼的需求更具想象空间。我们在此前的叙述中已经简单介绍了钕铁硼在人形机器人中的使用环节，即 30 个（28+2）个无框力矩电机以及 12 个空心杯电机。根据文硕咨询所披露的数据，单个Optimus Gen2 人形机器人所需的高性能钕铁硼将达到 3.5kg/台（仅为估计数据，实际设计中不同厂家的设计方案对钕铁硼的需求量也不同）。
根据张英建等人发表的《中国钕铁硼市场发展现状及未来发展趋势分析》一文，电动汽车单电机钕铁硼用量仅为 2kg，人形机器人钕铁硼单机用量已超过电动汽车单机用量。马斯克表示，未来该机器人产量应该可以达到数百万台，3 至 5 年间即可量产上市。假设按照 Tesla 上市 100 万台人形机器人测算，对应钕铁硼将新增需求量 0.35 万吨，以 2025 年全球钕铁硼需求量作为基数测算，工业机器人+Tesla人形机器人钕铁硼需求量占总需求比例为 7.7%。
综上，我们对 2022~2025 年全球钕铁硼的供需缺口做进一步测算。从测算结果看2022~2025 年全球钕铁硼供需紧平衡的格局将持续，其中 2024 年是各磁材厂扩产计划的预期投产时间 ，因此或将出现小幅过剩。我们预计2022/2023/2024/2025 年的全球钕铁硼供需缺口（供给-需求）将分别为-1.55/-1.30/0.68/-1.24 万吨。
磁组件或将为磁材公司打开全新增长空间。磁组件是磁性材料（钕铁硼、钐钴等）与金属、非金属等材料通过粘接、注塑等工艺装配而成的组合件，如 EPS上转子、风电磁极、电机定转子、直线电机组件、传感器等。磁组件产品是磁材公司向磁材下游产业链的延伸，可以为客户减少装配时间和制造成本。
考虑到人形机器人用磁材具备扭矩大（增加承重）、磁偏角小（减少动作误差）、电机体积小，单位磁性能要求高等特点，人形机器人企业可能会与磁材公司合作研发设计所需要的电机组件，考虑到目前数家上市磁材公司已经开始布局稀土永磁材料的磁组件产品，人形机器人企业对磁材企业的需求可能也将从简单的磁性材料升级至磁组件产品。
磁组件的价值量相比于单纯的磁性材料往往会有较大的提升。由于目前Optimus Gen2 的具体设计方案未知，我们参考现有汽车的永磁同步电机中磁组件与磁性材料的价值量对比情况来假设人形机器人中磁组件价值量相对于磁性材料价值量的增长幅度。
近年，包括 Tesla Model 3 在内，几乎所有 EV 和 HEV 都装有内置式永磁体同步磁阻电机（IPMSynRM）。这类电机的转子总成主要由转子轴、转子铁芯、永磁体（又称磁钢）及其前后挡板等部件构成。
永磁同步电机的制造原材料主要有钕铁硼、硅钢片、铜和铝等，其中永磁材料钕铁硼主要用于制造转子永磁体，硅钢片主要用于制作定转子铁芯。定子与转子的质量与性能直接决定了驱动电机的能效及稳定性等关键指标，价值量在整个驱动电机中分别占比19%、11%。
2024 年年初，中国国内钕铁硼（38EH）市场均价约为 400 元/kg，结合前文所述 Optimus 单机钕铁硼消耗量约为 3.5kg，则 Optimus 单机钕铁硼价值量约为 1400 元，据此测算，磁组件价值量为钕铁硼价值量的 3.52 倍。
2.3、 工装刀具：铜镀层丝与硬质合金刀具
在前文中我们已经对人形机器人所涉及的工装刀具做了简要介绍。在谐波减速器的制造工艺中，慢走丝工艺主要使用铜镀层丝，而滚插齿工艺则使用工具钢刀具或硬质合金刀具；在行星滚柱丝杠的制造工艺中，磨削工艺主要使用传统的刚玉砂轮及 CBN 砂轮材料，车削工艺中车刀使用材料包括高速钢、硬质合金、超硬材料三类。
慢走丝（铜镀层丝）单耗方面，可以结合镀层丝的单卷质量、单个谐波减速器的加工时间等数据计算得到。根据微信公众号《博德高科》相关的披露数据，单卷镀层丝的质量为 5kg，可用于慢走丝加工 20 小时。
硬质合金刀具通常会使用在行星滚柱丝杠的车削工艺及谐波减速器的滚插齿工艺中（需要注意工艺之间的替代性）。硬质合金的刀具耐用度制约切削速度，引起换刀及磨刀次数的变化，从而影响生产率和成本。若耐用度定得过高，虽然可以减少换刀及磨刀次数，但必定会降低切削速度，影响生产率的提高；如果耐用度选得过低，虽然可以提高切削速度，但必然增加换刀和磨刀的次数，增加成本。因此提高生产率和降低成本有时往往是矛盾的。使用中只有从具体生产条件出发，选择合适的耐用度，才能使最高生产率和最低成本达到统一。
目前大多数硬质合金刀具采用最低成本耐用度，即经济耐用度。其数值一般是：在通用机床上，硬质合金车刀耐用度大致为 60～90min；硬质合金端面铣刀耐用度大致为 90～180min。根据前文所测算数据，单个谐波减速器的平均加工时间大约为 2.72 小时，对于硬质合金刀具，我们取交集，即耐用度为 90min（1.5 小时），那么每一个谐波减速器将使用 1.81 份左右的硬质合金刀具（若使用滚插齿工艺）。
硬质合金刀具的单位质量方面，由于现有的机械加工刀具一般遵循“好钢用在刀刃上”的道理，仅在刀片端使用昂贵的硬质合金原材料。根据微信公众号《金属加工》所披露的数据，硬质合金切削环重量为 275g。我们假设单个行星滚柱丝杠（车削工艺）对于硬质合金刀具的使用量与谐波减速器相同，那么单个Optimus Gen2 对于硬质合金的消耗量约为 1.81*14*2*275g/1000≈13.96kg。
2.4、 镁合金：人形机器人关键轻量化材料
Optimus Gen2 总质量为 63kg，相比于前代 Optimus 质量减少 10kg，未来 Tesla 目标在 Optimus Gen2 的质量基础上再减重 10%。由于 Tesla 目前并未公布其轻量化材料的具体使用，市场上关于轻量化材料种类的选择以推测为主，其中 PEEK 材料被认为是具备较大应用潜力的一种材料，其重量较轻、性能较优是其脱颖而出的理由。
Tesla 以生产汽车起家，我们参考汽车目前热度较高的两种轻量化材料：铝合金和镁合金，与 PEEK 进行性能对比。
从上表的参数对比来看，PEEK 为三者中最轻，密度仅为 1.31g/cm3，不到铝合金密度的一半；其在抗拉强度、比强度等其他方面的参数表现也不落下风。
除了其质地较轻、机械强度高的特点外，PEEK 在耐化学性方面也表现优秀，其另一个优良性能是绝缘性；此外，PEEK 还显示出出色的电子性能，它具有非常稳定的介电常数和较低耗散因数，这使得该材料可用于电信技术。
镁合金同样具有较多优点：其密度仅为 1.8g/cm3，在所有结构用合金中最轻；比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的 10 倍；耐振动性好：在相同载荷下，减振性是铝的 100 倍、钛合金的 300～500 倍；电磁屏蔽性佳：3Ｃ产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过 100db 的电磁干扰；散热性好：一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。
镁合金同时也有两个不可忽视的缺点：镁合金易燃烧，其化学性能很强，在空气中易氧化、易燃烧；另外，镁合金耐腐蚀性差：各种类型气体均会对镁产生程度不同的腐蚀，因此，工业生产中镁锭必须镀膜钝化，涂油及以蜡纸包覆。
PEEK 材料相比镁合金与铝合金更加昂贵。当前，国内 PEEK 材料价格约为30 万元/吨至 40 万元/吨（300~400 元/kg），国外则高达 80 万元/吨至 100 万元/吨（800~1000 元/kg）。而镁合金价格为 21 元/kg（2024 年 3 月第一周），铝合金价格为 18.8~20.5 元/kg（2024 年 3 月 13 日），PEEK 材料的价格为镁合金/铝合金价格的十倍以上。
在我们此前对 Optimus Gen2 的质量分布计算中，旋转执行器与线性执行器的质量总计为 33.6kg，电池包质量为 11kg，2 个灵巧手总质量为 1.08kg，摄像头+芯片总质量为 0.7kg，那么以轻量化材料为核心的整体外骨骼总质量为16.62kg，这是以 Optimus Gen2 相比于前代 Optimus 减重 10kg（即总重量为63kg）作为前提假设计算出来的结果。
由于 Optimus Gen2 展现出了与人类高度相似的制造与结构，我们选择人类作为其使用轻量化材料的体积的参照物，考虑到若直接使用人体体积作为人形机器人体积，会多纳入诸如脏器（电池包）、骨骼（执行器）等不应计入人形机器人轻量化材料体积的其他部分，我们选择以人体肌肉体积作为人形机器人整体体积的参照。根据 Menno Henselmans 所披露数据，人体肌肉的平均体积为6013cm3，我们计算 16.62g*1000/6013 cm3≈2.76g/cm3，即 Optimus Gen2所使用轻量化材料的平均密度大约为 2.76g/cm3，与铝合金密度相当。
进一步地，我们计算根据 Tesla 后续优化方案提出的继续减重 10%，即达到人形机器人概念机体重 57kg 时轻量化材料的平均密度。我们假设其他部件的设计都不会出现重大改变，即减重 10%全部由轻量化材料的替代实现，那么以轻量化材料为核心的整体外骨骼总质量为 16.62-63*10%=10.32kg，除以人体肌肉平均体积 6013cm3，即 10.32g*1000/6013cm3≈1.72g/cm3，与镁合金密度相当。
精选报告来源：银创智库新能源/新材料/高端装备制造
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