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Applicazione del PEEK nei robot umanoidi

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Evoluzione della robotica umanoide

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Nell'ottobre del 2023, il Ministero cinese dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione ha sottolineato che i robot umanoidi sono pronti a diventare prodotti dirompenti, seguendo le orme di computer, smartphone e veicoli a nuova energia, promettendo di trasformare profondamente la produzione e lo stile di vita dell'uomo.

Nel dicembre 2023, Tesla ha presentato la versione di seconda generazione del suo robot umanoide, Optimus-Gen 2, con una riduzione del peso di 10 kg rispetto alla prima generazione e un aumento del 30% della velocità di camminata, attribuito principalmente all'uso di materiali leggeri e attuatori ad alta densità di potenza.

L'ultimo giorno di contrattazioni del 2023, i robot umanoidi sono saliti sul palco per il loro debutto in IPO, completando la cerimonia del suono della campana alla Borsa di Hong Kong.

La domanda di materiali nella robotica si concentra principalmente sulla leggerezza e sulla durata. I robot di seconda generazione affrontano queste sfide utilizzando il PEEK (poli-etere-etere-chetone) e attuatori ad alta densità di potenza. Di recente, l'attenzione del mercato per i materiali in PEEK è aumentata, favorendo la popolarità dei materiali non metallici nel settore dell'alleggerimento.

La possibilità che i robot umanoidi possano offrire opportunità all'industria del PEEK dipende da due domande: 1) È possibile utilizzare il PEEK? 2) Quanto PEEK viene utilizzato?

Il PEEK è la scelta migliore per i robot umanoidi?

Il robot Tesla di seconda generazione non solo ha perso 10 kg, ma ha anche migliorato notevolmente la sua capacità di equilibrio. È opinione diffusa nel settore che la sostituzione delle materie plastiche con metalli ad alta densità possa essere indispensabile. Per quanto riguarda le dinamiche del settore, ARKPEEK ha dichiarato su una piattaforma di domande e risposte: "I materiali PEEK sono stati applicati a componenti legati ai robot e attualmente i clienti a valle dell'azienda hanno applicazioni nei robot"

Dal punto di vista dei materiali, la questione centrale dell'utilizzo del PEEK da parte dei robot umanoidi dipende dalle prestazioni del materiale e dalle considerazioni sui costi.

POM (poliossimetilene), PA66, UHMWPE (polietilene ad altissimo peso molecolare) e PEKK (poli-etere-chetone-chetone) sono diversi tecnopolimeri di alto profilo presenti nel settore, che fungono da materiali concorrenti del PEEK.

Tuttavia, i tecnopolimeri in nylon sono soggetti a rigonfiamento e idrolisi, mentre i problemi di idrolisi esistono anche per il POM. Inoltre, sia il POM che l'UHMWPE hanno punti di fusione bassi e, fatta eccezione per il PEKK, diversi materiali della concorrenza presentano prestazioni meccaniche inferiori rispetto al PEEK o potrebbero non essere adatti alle prestazioni richieste dai robot umanoidi.

Il PEKK segue da vicino il PEEK in vari indicatori di prestazione, ma il suo processo di industrializzazione è più lento. Il PEKK è stato sviluppato da DuPont negli Stati Uniti nel 1962, quindici anni prima del PEEK. Successivamente, la tecnologia è stata trasferita ad Arkema per l'industrializzazione. Tuttavia, il lento miglioramento su scala industriale e le applicazioni immature hanno portato a costi di utilizzo relativamente elevati. Le aziende cinesi, come Victrex, sono impegnate in innovazioni tecnologiche.

I numerosi vantaggi prestazionali del PEEK possono soddisfare le esigenze dei robot umanoidi, migliorando il carico e la flessibilità dei robot, rendendoli "leggeri" e agili, ma stabili come una roccia. L'utilizzo di materiali in PEEK per la riduzione del peso significa che i robot possono fare di più e andare più lontano. Pertanto, il PEEK potrebbe diventare uno dei materiali principali per i robot umanoidi in futuro.

Di quanto PEEK hanno bisogno i robot umanoidi?

Il PEEK, grazie alle sue eccellenti prestazioni, può essere utilizzato per ingranaggi, giunti, arti e altre parti dei robot umanoidi.

Non esiste un numero esatto per la quantità di PEEK utilizzata in un singolo robot umanoide. Supponendo che gli ingranaggi e i giunti utilizzino 1 kg di materiale PEEK puro e che gli arti utilizzino 8 kg di materiale composito CF/PEEK (solitamente con un contenuto di PEEK inferiore al 30%) per ridurre il peso, il consumo di PEEK di un singolo robot sarebbe di 6,6 kg.

Un altro metodo di stima consiste nel calcolare il volume dell'intero corpo del robot utilizzando la densità della lega di alluminio, per poi sostituire il 25% del volume con materiale PEEK. In questo caso, il consumo di materiale PEEK per un singolo robot sarebbe di circa 6,9 kg.

Sulla base di queste ipotesi, la domanda di materiali in PEEK potrebbe raggiungere le 6600-6900 tonnellate per ogni milione di robot.

Elon Musk ha dichiarato che il prezzo finale del robot umanoide Optimus potrebbe essere inferiore a 20.000 dollari e si prevede una produzione di massa entro 3-5 anni. Se utilizziamo la stima di 6,6 kg per robot e un prezzo di 350.000 RMB per tonnellata, il valore dei materiali in PEEK per un singolo robot sarebbe di circa 2300 RMB, pari all'1,65%.

Il vantaggio della Cina sui prezzi del PEEK è significativo.

Come già accennato, il costo è uno dei fattori principali che determinano l'utilizzo di questo materiale.

La composizione dei costi dei materiali in PEEK comprende i materiali diretti (75%), i costi diretti di produzione (11%), la manodopera diretta (8%) e i costi di energia, elettricità e trasporto (6%).

Le materie prime rappresentano il 75% del costo di produzione dei materiali PEEK e comprendono principalmente fluoro chetone, idrochinone, difenil solfone, carbonato di sodio, ecc. Il fluoro chetone è la materia prima principale per il PEEK e sono necessarie circa 0,7-0,8 tonnellate di monomeri di fluoro chetone per produrre una tonnellata di materiale PEEK.

Il prezzo nazionale dei materiali PEEK è di circa 300.000-400.000 RMB per tonnellata, mentre il prezzo all'estero è di circa 800.000-1.000.000 RMB per tonnellata. I prodotti nazionali hanno un vantaggio significativo in termini di prezzo, il che indica una chiara tendenza alla sostituzione interna.

Sintesi:

1. In futuro, il PEEK potrebbe diventare uno dei materiali principali per i robot umanoidi;

2, ogni milione di robot potrebbe richiedere 6.600-6.900 tonnellate di PEEK;

3, la tecnologia di sintesi del PEEK è difficile e le barriere per i clienti sono elevate, con una capacità relativamente concentrata;

4, il vantaggio della Cina nei prezzi del PEEK è significativo, evidenziando il suo vantaggio di prezzo globale.