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Anwendung von PEEK in humanoiden Robotern

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Entwicklung der humanoiden Robotik

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Im Oktober 2023 wies das chinesische Ministerium für Industrie und Informationstechnologie darauf hin, dass sich humanoide Roboter zu bahnbrechenden Produkten entwickeln werden, die in die Fußstapfen von Computern, Smartphones und neuen Energiefahrzeugen treten und die menschliche Produktion und Lebensweise tiefgreifend verändern werden.

Im Dezember 2023 stellte Tesla die zweite Generation seines humanoiden Roboters, Optimus-Gen 2, vor, der im Vergleich zur ersten Generation 10 kg leichter ist und eine um 30 % höhere Laufgeschwindigkeit aufweist.

Am letzten Börsentag des Jahres 2023 gaben die humanoiden Roboter ihr Börsendebüt, indem sie die Glocke der Hongkonger Börse läuteten.

Die Nachfrage nach Materialien in der Robotik konzentriert sich hauptsächlich auf Leichtbau und Haltbarkeit. Die Roboter der zweiten Generation stellen sich diesen Herausforderungen durch die Verwendung von PEEK (Polyetheretherketon) und Aktoren mit hoher Leistungsdichte. In letzter Zeit hat der Markt verstärktes Augenmerk auf PEEK-Materialien gelegt, was die Popularität von nichtmetallischen Materialien im Leichtbaubereich erhöht.

Ob humanoide Roboter der PEEK-Industrie Chancen bieten können, hängt von zwei Fragen ab: 1) Kann PEEK verwendet werden? 2) Wie viel PEEK wird verwendet?

Ist PEEK die beste Wahl für humanoide Roboter?

Der Tesla-Roboter der zweiten Generation wiegt nicht nur 10 kg weniger, sondern auch sein Gleichgewichtssinn hat sich erheblich verbessert. In der Branche herrscht die Meinung vor, dass die Substitution von Metallen mit hoher Dichte durch Kunststoffe unverzichtbar sein könnte. In Bezug auf die Branchendynamik erklärte ARKPEEK auf einer Frage-und-Antwort-Plattform: "PEEK-Materialien wurden für roboterbezogene Komponenten verwendet, und derzeit haben nachgelagerte Kunden des Unternehmens Anwendungen in Robotern."

Aus der Materialperspektive hängt die Kernfrage, ob humanoide Roboter PEEK verwenden, von der Materialleistung und Kostenüberlegungen ab.

POM (Polyoxymethylen), PA66, UHMWPE (ultrahochmolekulares Polyethylen) und PEKK (Polyetherketonketon) sind einige der bekanntesten technischen Kunststoffe in der Branche, die mit PEEK konkurrieren.

Technische Kunststoffe aus Nylon sind jedoch anfällig für Quellung und Hydrolyse, während bei POM ebenfalls Bedenken hinsichtlich der Hydrolyse bestehen. Darüber hinaus haben sowohl POM als auch UHMWPE einen niedrigen Schmelzpunkt, und mit Ausnahme von PEKK weisen mehrere konkurrierende Materialien im Vergleich zu PEEK eine schlechtere mechanische Leistung auf oder eignen sich möglicherweise nicht für die Leistungsanforderungen von humanoiden Robotern.

PEKK ist PEEK in verschiedenen Leistungsindikatoren dicht auf den Fersen, aber sein Industrialisierungsprozess ist langsamer. PEKK wurde 1962 von DuPont in den Vereinigten Staaten entwickelt, fünfzehn Jahre vor PEEK. Später wurde die Technologie zur Industrialisierung an Arkema übertragen. Die langsame Verbesserung im industriellen Maßstab und unausgereifte Anwendungen haben jedoch zu relativ hohen Nutzungskosten geführt. Chinesische Unternehmen wie Victrex arbeiten an technologischen Durchbrüchen.

Die vielen Leistungsvorteile von PEEK können die Anforderungen humanoider Roboter erfüllen, indem sie die Belastung und Flexibilität von Robotern verbessern und sie leicht und wendig, aber dennoch stabil wie ein Fels machen. Die Verwendung von PEEK-Materialien zur Gewichtsreduzierung bedeutet, dass Roboter mehr leisten und weiter gehen können. Daher könnte PEEK in Zukunft zu einem der wichtigsten Materialien für humanoide Roboter werden.

Wie viel PEEK brauchen humanoide Roboter?

PEEK mit seiner hervorragenden Leistung kann in Getrieben, Gelenken, Gliedmaßen und anderen Teilen von humanoiden Robotern verwendet werden.

Es gibt keine genaue Zahl für die Menge an PEEK, die in einem einzigen humanoiden Roboter verwendet wird. Wenn man davon ausgeht, dass für Zahnräder und Gelenke 1 kg reines PEEK-Material und für Gliedmaßen 8 kg CF/PEEK-Verbundmaterial (normalerweise mit einem PEEK-Anteil von weniger als 30 %) zur Gewichtsreduzierung verwendet werden, würde der PEEK-Verbrauch eines einzelnen Roboters 6,6 kg betragen.

Eine andere Schätzmethode besteht darin, das Volumen des gesamten Roboterkörpers anhand der Dichte einer Aluminiumlegierung zu berechnen und dann 25 % des Volumens durch PEEK-Material zu ersetzen. In diesem Fall würde der Verbrauch von PEEK-Material für einen einzelnen Roboter etwa 6,9 kg betragen.

Ausgehend von diesen Annahmen könnte der Bedarf an PEEK-Materialien 6600-6900 Tonnen pro eine Million Roboter erreichen.

Elon Musk erklärte, dass der Endpreis des humanoiden Roboters Optimus unter 20.000 $ liegen könnte und dass er voraussichtlich innerhalb von 3 bis 5 Jahren in Massenproduktion gehen wird. Bei einem geschätzten Gewicht von 6,6 kg pro Roboter und einem Preis von 350.000 RMB pro Tonne würde der Wert der PEEK-Materialien für einen einzigen Roboter etwa 2300 RMB betragen, was einem Anteil von 1,65 % entspricht.

Chinas Vorteil bei den PEEK-Preisen ist beträchtlich.

Wie bereits erwähnt, sind die Kosten einer der wichtigsten Faktoren bei der Entscheidung für den Einsatz dieses Materials.

Die Kosten von PEEK-Materialien setzen sich zusammen aus direkten Materialien (75 %), direkten Herstellungskosten (11 %), direkten Arbeitskosten (8 %) und Energie-, Strom- und Transportkosten (6 %).

75 % der Produktionskosten von PEEK-Materialien entfallen auf Rohstoffe, zu denen vor allem Fluorketon, Hydrochinon, Diphenylsulfon, Natriumcarbonat usw. gehören. Fluorketon ist der wichtigste Rohstoff für PEEK, und zur Herstellung von 1 Tonne PEEK-Material werden etwa 0,7-0,8 Tonnen Fluorketon-Monomere benötigt.

Der Inlandspreis von PEEK-Materialien liegt bei etwa 300.000-400.000 RMB pro Tonne, während der Preis im Ausland bei etwa 800.000-1.000.000 RMB pro Tonne liegt. Inländische Produkte haben einen erheblichen Preisvorteil, was auf einen klaren Trend zur inländischen Substitution hinweist.

Zusammenfassung:

1, In Zukunft könnte PEEK zu einem der wichtigsten Materialien für humanoide Roboter werden;

2, Für eine Million Roboter werden möglicherweise 6.600-6.900 Tonnen PEEK benötigt;

3, Die PEEK-Synthesetechnologie ist schwierig und die Kundenbarrieren sind hoch, die Kapazitäten sind relativ konzentriert;

4, Chinas Preisvorteil bei PEEK ist beträchtlich und unterstreicht seinen weltweiten Preisvorteil.