特斯拉機(jī)器人：逐步走向量產(chǎn)，其核心關(guān)注點是什么？

天承辦公室 2023-11-25 發(fā)布于北京

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（報告出品方/分析師：開源證券孟鵬飛熊亞威）

1、輕量化材料、模具、產(chǎn)線設(shè)備是特斯拉機(jī)器人進(jìn)入量產(chǎn)的核心關(guān)注點

特斯拉人形機(jī)器人樣機(jī)迭代即將由“功能實現(xiàn)”（B樣）進(jìn)入到“量產(chǎn)實現(xiàn)”（C樣）環(huán)節(jié)，核心關(guān)注點由關(guān)節(jié)零部件轉(zhuǎn)向輕量化材料、模具、產(chǎn)線設(shè)備等鏟子股。

特斯拉機(jī)器人：逐步走向量產(chǎn)，其核心關(guān)注點是什么？

輕量化材料主要對應(yīng)人形機(jī)器人的輕量化需求，主要材料包括碳纖維、工程塑料等。

類似汽車，人形機(jī)器人主骨架由許多沖壓結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，通過沖壓機(jī)/沖床與模具的配合實現(xiàn)沖壓件高效大批量生產(chǎn)。增材制造則主要解決人形機(jī)器人異形件加工的問題，主要設(shè)備為3D打印機(jī)。

1.1、PEEK有望成為特斯拉機(jī)器人核心應(yīng)用的輕量化材料

新能源汽車每減重10%，續(xù)航里程可提升5%-6%，輕量化材料是新能源汽車減重的突破口。人形機(jī)器人攜帶“電量”有限，類比新能源汽車已有產(chǎn)業(yè)邏輯，使用輕量化材料是長期工程趨勢。此外，輕量化材料能夠提高機(jī)器人負(fù)載，且有助于完成復(fù)雜動作，是高階機(jī)器人前提。

PEEK是金字塔尖的高端工程塑料，比強(qiáng)度約是鋁合金的8倍，密度約為鋁合金的1/3。在滿足強(qiáng)度要求的前提下，可以大幅度減小材料本身的自重，是實現(xiàn)“輕量化”的極佳解決方案。目前PEEK材料主要應(yīng)用于交通運輸、航空航天、電子信息、能源及工業(yè)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域。

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK（CF/PEEK）是PEEK與連續(xù)碳纖維復(fù)合制成的材料，在減重的基礎(chǔ)上擁有相比純PEEK材料更好的熱塑性、更高的強(qiáng)度。在室溫下與純peek相比，30%碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加了一倍。同時，增強(qiáng)后的復(fù)合材料也大大提高了沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和模量，伸長率急劇下降，熱變形溫度可超過300℃。

碳纖維復(fù)合鋁合金、鈦合金已經(jīng)在機(jī)器人機(jī)械臂上使用，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK的性能更優(yōu)異，未來有望逐步應(yīng)用。使用碳纖維復(fù)合材料制作的機(jī)械臂，具備相比傳統(tǒng)鋼鐵材料和鋁合金更加均勻的載荷分布，質(zhì)量比鋁合金材質(zhì)輕30%，比鋼鐵材質(zhì)輕70%，臂架重心因此而降低了10%，振動減少了40%，精準(zhǔn)度由0.03mm提升到0.01mm，安全穩(wěn)定性和工作效率都得到了有效提升。美國、日本以及國內(nèi)已經(jīng)將碳纖維應(yīng)用在機(jī)器人機(jī)械臂制造上。

人形機(jī)器人需求有望擴(kuò)容6倍PEEK材料市場。

PEEK材料市場目前市場規(guī)模較小，以500元/kg計算，2021年國內(nèi)PEEK市場規(guī)模約9.9億元。沙利文預(yù)計來自汽車、電子信息等行業(yè)的需求將推動國內(nèi)PEEK材料市場在2027年達(dá)到28.38億元。

人形機(jī)器人攜帶電量有限，對結(jié)構(gòu)材料價格敏感度低，是PEEK天生應(yīng)用場景。單臺人形機(jī)器人70KG，按照人形機(jī)器人10%的重量應(yīng)用計算，對應(yīng)ASP=70*10%*500=3500元，100萬臺人形機(jī)器人約35億市場，假設(shè)2030年產(chǎn)量達(dá)到1000萬臺則有望達(dá)到350億市場。假設(shè)國產(chǎn)PEEK材料價格預(yù)計是海外的1/2、未來國產(chǎn)廠商全球市占率達(dá)到50%，則對應(yīng)175億元增量市場。

全球PEEK 市場呈現(xiàn)一超多強(qiáng)的競爭格局，國內(nèi)能夠量產(chǎn)PEEK 材料的廠商稀缺。

PEEK 樹脂的合成工藝難度大，目前全球僅有英國威格斯、比利時索爾維、德國贏創(chuàng)、中研股份 4 家產(chǎn)能達(dá)到千噸級的企業(yè)，其中英國威格斯占據(jù)全球 54%的市場份額。

PEEK 材料國產(chǎn)化率約 25%，國內(nèi)主要為中研股份、長春吉大特塑、浙江鵬孚隆、山東浩然特塑、山東君吳、以及盤錦偉英興六家 PEEK 公司，以產(chǎn)能規(guī)模計算,2021 年中研股份在國內(nèi)市場份額約為 42%。

1.2、模具是特斯拉機(jī)器人量產(chǎn)階段大批量加工零部件之必須

類似汽車，人形機(jī)器人骨架結(jié)構(gòu)件由大量沖壓件構(gòu)成，需要通過沖壓機(jī)/沖床與模具的配合生產(chǎn)。

沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。

汽車沖壓及焊接零部件的數(shù)量占整車零部件總量的70%。

使用模具可以有效提高人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)效率。

模具是用于大批量生產(chǎn)特定零部件或制件的成型工具，工業(yè)生產(chǎn)中75%的粗加工零部件、50%的精加工零部件需要模具成型。

汽車生產(chǎn)中超過95%的零部件需要依靠模具成形。人形機(jī)器人步入量產(chǎn)階段需要高效、大批量得生產(chǎn)零部件和結(jié)構(gòu)件，對模具的需求高增。我國是世界第一大模具制造國。2020年中國模具市場規(guī)模約2500億元。未來有望大量承接由人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來的模具需求。

1.3、增材制造解決特斯拉機(jī)器人異形件加工問題

以3D打印為代表的增材制造將有效解決人形機(jī)器人異形件加工問題。3D打印的原理是將三維工件切片以獲得二維的輪廓信息，通過疊層的方式實現(xiàn)產(chǎn)品成形。

這種加工方式基本不受零件形狀的限制，特別在制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、傳統(tǒng)加工無法完成一體制造的產(chǎn)品方面具備突出優(yōu)勢，可快速加工成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

2023年11月，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和一家美國初創(chuàng)公司的研究人員使用各種優(yōu)質(zhì)材料一次性3D打印出復(fù)雜、更耐用的機(jī)械手，為柔性機(jī)器人結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)開辟了全新路徑。

1.4、刀具、生產(chǎn)設(shè)備商有望受益人形機(jī)器人資本開支浪潮

人形機(jī)器人量產(chǎn)后，刀具、生產(chǎn)設(shè)備商有望受益下游資本開支浪潮。人形機(jī)器人使用的減速器、絲杠等屬于精密零部件，對加工工藝要求較高，量產(chǎn)后規(guī)模增量較大有望帶來資本開支浪潮，相關(guān)加工設(shè)備（高端機(jī)床、復(fù)雜刀具、全自動繞線機(jī)、平衡機(jī)等）有望持續(xù)受益。

行星滾柱絲杠主要由絲杠、螺母、滾珠三部分構(gòu)成，絲杠外螺紋、螺母內(nèi)螺紋是加工難點。絲杠外螺紋加工工藝包括磨削、壓制、旋風(fēng)銑，其中磨削和旋風(fēng)銑分別對應(yīng)設(shè)備螺紋磨床與銑床，螺紋磨床是主流；螺母內(nèi)螺紋加工主要依靠攻絲或螺紋銑削，分別應(yīng)用絲錐和螺紋銑刀，對應(yīng)設(shè)備分別為攻絲機(jī)、銑床。

減速器：齒輪內(nèi)齒圈加工采用拉削工藝效率高，齒形加工工藝包括滾齒、插齒、車齒、磨齒等，車齒加工效率高，應(yīng)用和發(fā)展較快，磨齒工藝屬于熱后精加工環(huán)節(jié)。

（1）齒輪加工機(jī)床：分為熱前設(shè)備（車齒機(jī)、插齒機(jī)、滾齒機(jī)等）和熱后精加工設(shè)備（磨齒機(jī)等），熱前國產(chǎn)化率較高，熱后精加工設(shè)備國產(chǎn)化率低。

（2）拉刀及齒輪刀具：技術(shù)壁壘較高，價值量大，一直被歐美日等少數(shù)幾家刀具公司壟斷。

空心杯電機(jī)生產(chǎn)核心壁壘是繞線機(jī)和平衡機(jī)，包括卷繞式成型與一次性繞制成型，其中一次性繞制成型屬于全自動化生產(chǎn)，適合批量化生產(chǎn)。除繞線工藝外，其他難點包括測試（動平衡性）、轉(zhuǎn)子成型等。

（1）全自動繞線機(jī)：高端繞線機(jī)技術(shù)門檻高，市場一直被日特、馬斯利等海外企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)企業(yè)田中精機(jī)技術(shù)源于日本繞線機(jī)鼻祖，綜合技術(shù)實力強(qiáng)勁。

（2）平衡機(jī)：國內(nèi)起步晚，海外企業(yè)具有較高品牌知名度，市場份額較高，國內(nèi)企業(yè)在部分細(xì)分市場占優(yōu)。