行业周报：特斯拉机器人逐步走向量产，关注新环节轻量化、模具和产线设备

特斯拉机器人逐步走向量产，轻量化、模具和产线设备成为重要方向 随着11月行走测试的到来，特斯拉人形机器人样机迭代即将由“功能实现”（B样）进入到“量产实现”（C样）环节，我们认为结构件及关节执行器的轻量化、模具和产线设备是值得重点关注的新方向。工信部《人形机器人创新发展指导意见》中也重点提及“面向人形机器人本体高强度和高紧凑结构需求，研究高强度轻量化新材料、复杂身体结构增材制造”。 PEEK有望成为人形机器人核心应用的轻量化材料 新能源汽车每减重10%，续航里程可提升5%-6%。人形机器人携带电量有限，也需要通过使用轻量化材料减重、增加续航。使用轻量化材料能够提高机器人负载和灵活性，助力人形机器人高端进阶。PEEK是高端工程塑料，比强度约是铝合金的8倍，是轻量化的极佳解决方案。使用连续碳纤维进行增强的CF/PEEK复合材料除减重外还拥有更好的热塑性，拉伸强度、抗冲击性更强。碳纤维与铝合金、钛合金复合材料已经在机器人机械臂上使用，CF/PEEK复合材料性能更优异，有望在机器人领域逐步应用。根据我们测算，生产1000万台人形机器人约产生350亿元PEEK需求，约是EmergenResearch预计的2027年全球PEEK总市场的4倍，沙利文预计的2027年国内PEEK总市场的12倍。PEEK行业竞争格局优秀，中研股份是目前唯一具备1000吨以上PEEK量产能力的中国企业，同时正在和东华大学合作研发CF/PEEK。受益标的：中研股份、沃特股份。 模具实现人形机器人结构件高效大批量加工，增材制造解决异形件加工问题人形机器人主骨架由许多冲压结构件构成，进入量产阶段需要通过冲压机/冲床与模具的配合实现高效大批量的生产，类比汽车生产中90%的零部件需要依靠模具成形。我国是世界第一大模具制造国，未来有望大量承接由人形机器人产业带来的模具需求，我们认为应当关注目前已经给特斯拉新能源汽车供应模具、未来有望切入机器人产业链的国产供应商。以3D打印为代表的增材制造技术将有效解决人形机器人异形件加工问题，主要设备为3D打印机。2023年11月，苏黎世联邦理工学院和美国初创公司的研究人员已成功使用一次性3D打印制造出复杂、更耐用的机械手。受益标的：华曙高科、铂力特。 刀具、生产设备商有望受益人形机器人资本开支浪潮 人形机器人使用的减速器、丝杠等属于精密零部件，对加工工艺要求高、量产后规模增量大，有望带来资本开支浪潮。相关加工设备（车床和磨床、整体硬质刀具、全自动绕线机、高端平衡机等）有望持续受益。受益标的：高端复杂刀具：恒锋工具，沃尔德；车床和磨床：宇环数控，秦川机床，日发精机，浙海德曼； 绕线机：田中精机；平衡机：集智股份。 风险提示：特斯拉机器人行走测试结果、国产供应商导入供应链进度不及预期。 1、轻量化材料、模具、产线设备是特斯拉机器人进入量产的 核心关注点 特斯拉人形机器人样机迭代即将由“功能实现”（B样）进入到“量产实现”（C样）环节，核心关注点由关节零部件转向轻量化材料、模具、产线设备等铲子股。 轻量化材料主要对应人形机器人的轻量化需求，主要材料包括碳纤维、工程塑料等。 类似汽车，人形机器人主骨架由许多冲压结构件构成，通过冲压机/冲床与模具的配合实现冲压件高效大批量生产。增材制造则主要解决人形机器人异形件加工的问题，主要设备为3D打印机。 图1：轻量化材料、模具、产线设备、增材制造是人形机器人进入量产的核心关注点 1.1、PEEK有望成为特斯拉机器人核心应用的轻量化材料 新能源汽车每减重10%，续航里程可提升5%-6%，轻量化材料是新能源汽车减重的突破口。人形机器人携带“电量”有限，类比新能源汽车已有产业逻辑，使用轻量化材料是长期工程趋势。此外，轻量化材料能够提高机器人负载，且有助于完成复杂动作，是高阶机器人前提。 PEEK是金子塔尖的高端工程塑料，比强度约是铝合金的8倍，密度约为铝合金的1/3。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，是实现“轻量化”的极佳解决方案。目前PEEK材料主要应用于交通运输、航空航天、电子信息、能源及工业、医疗健康等领域。 表1：PEEK是金子塔尖的高端工程塑料，比强度约是铝合金的8倍、密度约为铝合金的1/3 表2：目前PEEK材料主要应用于汽车、航空航天、半导体等领域 连续碳纤维增强PEEK（CF/PEEK）是PEEK与连续碳纤维复合制成的材料，在减重的基础上拥有相比纯PEEK材料更好的热塑性、更高的强度。在室温下与纯peek相比，30%碳纤维增强复合材料的拉伸强度增加了一倍。同时，增强后的复合材料也大大提高了冲击强度、弯曲强度和模量，伸长率急剧下降，热变形温度可超过300℃。 碳纤维复合铝合金、钛合金已经在机器人机械臂上使用，连续碳纤维增强PEEK的性能更优异，未来有望逐步应用。使用碳纤维复合材料制作的机械臂，具备相比传统钢铁材料和铝合金更加均匀的载荷分布，质量比铝合金材质轻30%，比钢铁材质轻70%，臂架重心因此而降低了10%，振动减少了40%，精准度由0.03mm提升到0.01mm，安全稳定性和工作效率都得到了有效提升。美国、日本以及国内已经将碳纤维应用在机器人机械臂制造上。 表3：美国、日本以及国内已经将碳纤维复合材料应用在机器人机械臂制造上 图2：使用碳纤维复合材料制造的机械臂 人形机器人需求有望扩容6倍PEEK材料市场。 PEEK材料市场目前市场规模较小，以500元/kg计算，2021年国内PEEK市场规模约9.9亿元。沙利文预计来自汽车、电子信息等行业的需求将推动国内PEEK材料市场在2027年达到28.38亿元。 人形机器人携带电量有限，对结构材料价格敏感度低，是PEEK天生应用场景。单台人形机器人70KG，按照人形机器人10%的重量应用计算，对应ASP=70*10%*500=3500元，100万台人形机器人约35亿市场，假设2030年产量达到1000万台则有望达到350亿市场。假设国产PEEK材料价格预计是海外的1/2、未来国产厂商全球市占率达到50%，则对应175亿元增量市场。 图3：人形机器人需求有望扩容6倍PEEK材料市场 全球PEEK市场呈现一超多强的竞争格局，国内能够量产PEEK材料的厂商稀缺。PEEK树脂的合成工艺难度大，目前全球仅有英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创、中研股份4家产能达到千吨级的企业，其中英国威格斯占据全球54%的市场份额。PEEK材料国产化率约25%，国内主要为中研股份、长春吉大特塑、浙江鹏孚隆、山东浩然特塑、山东君昊、以及盘锦伟英兴六家PEEK公司，以产能规模计算，2021年中研股份在国内市场份额约为42%。 图4：中研股份是国内PEEK材料龙头，市场份额42% 图5：2021年威格斯占全球PEEK市场54%的份额 1.2、模具是特斯拉机器人量产阶段大批量加工零部件之必须 类似汽车，人形机器人骨架结构件由大量冲压件构成，需要通过冲压机/冲床与模具的配合生产。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。汽车冲压及焊接零部件的数量占整车零部件总量的70%。 图6：汽车车身由大量冲压及焊接零部件构成 使用模具可以有效提高人形机器人结构件生产效率。模具是用于大批量生产特定零部件或制件的成形工具，工业生产中75%的粗加工零部件、50%的精加工零部件需要模具成型。汽车生产中超过95%的零部件需要依靠模具成形。人形机器人步入量产阶段需要高效、大批量得生产零部件和结构件，对模具的需求高增。我国是世界第一大模具制造国。2020年中国模具市场规模约2500亿元。未来有望大量承接由人形机器人产业带来的模具需求。 图7：我国是模具生产消费大国，2020年国内模具销售额约达2500亿元 1.3、增材制造解决特斯拉机器人异形件加工问题 以3D打印为代表的增材制造将有效解决人形机器人异形件加工问题。3D打印的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过叠层的方式实现产品成形。 这种加工方式基本不受零件形状的限制，特别在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面具备突出优势，可快速加工成形结构复杂的零件。 表4：3D打印可快速加工成形结构复杂的零件 2023年11月，瑞士苏黎世联邦理工学院和一家美国初创公司的研究人员使用各种优质材料一次性3D打印出复杂、更耐用的机械手，为柔性机器人结构的生产开辟了全新路径。 图8：使用3D打印制造机器人机械手 1.4、刀具、生产设备商有望受益人形机器人资本开支浪潮 人形机器人量产后，刀具、生产设备商有望受益下游资本开支浪潮。人形机器人使用的减速器、丝杠等属于精密零部件，对加工工艺要求较高，量产后规模增量较大有望带来资本开支浪潮，相关加工设备（高端机床、复杂刀具、全自动绕线机、平衡机等）有望持续受益。 图9：刀具、生产设备商有望受益人形机器人资本开支浪潮 行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠三部分构成，丝杠外螺纹、螺母内螺纹是加工难点。丝杠外螺纹加工工艺包括磨削、压制、旋风铣，其中磨削和旋风铣分别对应设备螺纹磨床与铣床，螺纹磨床是主流；螺母内螺纹加工主要依靠攻丝或螺纹铣削，分别应用丝锥和螺纹铣刀，对应设备分别为攻丝机、铣床。 减速器：齿轮内齿圈加工采用拉削工艺效率高，齿形加工工艺包括滚齿、插齿、车齿、磨齿等，车齿加工效率高，应用和发展较快，磨齿工艺属于热后精加工环节。 （1）齿轮加工机床：分为热前设备（车齿机、插齿机、滚齿机等）和热后精加工设备（磨齿机等），热前国产化率较高，热后精加工设备国产化率低。（2）拉刀及齿轮刀具：技术壁垒较高，价值量大，一直被欧美日等少数几家刀具公司垄断。 空心杯电机生产核心壁垒是绕线机和平衡机，包括卷绕式成型与一次性绕制成型，其中一次性绕制成型属于全自动化生产，适合批量化生产。除绕线工艺外，其他难点包括测试（动平衡性）、转子成型等。（1）全自动绕线机：高端绕线机技术门槛高，市场一直被日特、马斯利等海外企业占据，国内企业田中精机技术源于日本绕线机鼻祖，综合技术实力强劲。（2）平衡机：国内起步晚，海外企业具有较高品牌知名度，市场份额较高，国内企业在部分细分市场占优。 2、受益标的 轻量化：中研股份、沃特股份 增材制造：华曙高科、铂力特 产线设备：高端复杂刀具：恒锋工具，沃尔德；车床和磨床：宇环数控，秦川机床，日发精机，浙海德曼；绕线机：田中精机；平衡机：集智股份。 3、风险提示 特斯拉机器人行走测试结果、国产供应商导入供应链进度不及预期。