目錄TOC\o"1-1"\h\z\u粉末冶金，人形機器人輕量化、低碳降本關鍵 1MIM，人形機器人精密復雜零部件繞不開的工藝，低碳降本必經(jīng)之路 4相關上市公司及盈利預測 9風險分析 粉末冶金，人形機器人輕量化、低碳降本關鍵粉末冶金（PowderMetallurgy，PM）是一種先進的材料加工技術，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金由于其顯著的省材、高精準度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，已成為解決新材料問題的鑰匙之一，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。粉末冶金工藝其原理是先將均勻混合的粉料壓制成形，借助粉末原子間的吸引力與機械咬合作用，使制品結合為具有一定強度的整體，然后在高溫下燒結。在高溫環(huán)境中，原子活動能力增強，粉末接觸面積增多，進一步提高了粉末冶金制品的強度，并使其獲得與一般合金相似的組織。圖1:粉末冶金工藝主要流程屬加粉末冶金制品具有成本優(yōu)勢及性能優(yōu)勢，應用范圍十分廣泛。粉末冶金技術具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)，還可以用于生產(chǎn)傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件，因此從普通機械制造到精密儀器、從五金工具到大型機械、從電子工業(yè)到電機制造、從民用工業(yè)到軍事工業(yè)、從一般技術到尖端高技術，均能見到粉末冶金工藝的身影，產(chǎn)品被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領域，成為新材料科學中最具發(fā)展活力的分支之一。汽車是粉末冶金制品最重要的消費領域。粉末冶金零件廣泛應用于汽車發(fā)動機、變速器和制動系統(tǒng)。發(fā)動機中的氣門座圈、導管和活塞環(huán)，由銅基或鐵基合金制成，能承受高溫高壓，提升發(fā)動機性能和壽命；變速器的齒輪、同步器齒轂精度高、強度好，使換擋更平穩(wěn)，提高傳動效率；制動系統(tǒng)的剎車片、剎車盤添加特殊摩擦材料，具備良好摩擦和耐磨性能，保障制動安全。一輛汽車約有30-50個粉末冶金零件。例如，大眾某款電動車的電機轉子采用粉末冶金工藝，重量減輕15%，能耗降低8%。圖2:粉末冶金零部件在汽車中廣泛應用 圖3:粉末冶金零部件在汽車中的應用部件應用系統(tǒng)具體部件應用系統(tǒng)具體部件汽車底盤減振器零件、導向器、活塞和低閥座制動系統(tǒng)ABS傳感器、剎車片泵類零件燃油泵、機油泵和變速器泵中關鍵零部件發(fā)動機）關鍵零部件、排氣管支座變速箱換擋機構、行星齒輪架、離合器片、同步器齒套和齒轂體 睦股人形機器人與汽車核心零部件具有高度共通性。汽車與機器人的核心零部件，在設計邏輯、生產(chǎn)工藝及成本管控體系上存在高度共通性。具體來看，汽車線控制動系統(tǒng)所包含的電機、滾珠絲杠、傳感器等核心部件，與人形機器人線性執(zhí)行器的關鍵組件高度重合；汽車電驅動系統(tǒng)采用的電機-電控-變速箱經(jīng)典結構，也與機器人旋轉執(zhí)行器的電機-控制器-減速器架構一致。基于這一產(chǎn)業(yè)基礎，粉末冶金技術及制品具備從汽車零部件到機器人零部件的跨界優(yōu)勢。圖4:人形機器人零部件58機床粉末冶金是人形機器人輕量化的關鍵路徑之一。粉末冶金已經(jīng)成功應用于汽車輕量化領域，在保證安全、耐用和可靠性的前提下盡量減輕車身和關鍵部件的重量，粉末冶金通過制造鋁合金、鈦合金等輕質金屬基復合30%-50%粉末冶金是人形機器人低碳降本的關鍵路徑之一。粉末冶金技術的核心優(yōu)勢在于近凈成形，材料用量減少：傳統(tǒng)鑄造、鍛造因預留加工余量，材料利用率僅60%-70%，粉末冶金近凈成形卻能將其提升至95%以上。能耗降低，碳排放大幅降低：傳統(tǒng)鑄造需熔金屬，鍛造要多次鍛打加熱，粉末冶金燒結無需全熔金屬，能耗可降40%-60%；后續(xù)加工量下降、效率提升：在成型階段，粉末冶金就把零件尺寸精度控制在±0.05mm，后續(xù)機加工量可降80%以上。粉末冶金可以滿足人形機器人對材料性能的多元化要求。產(chǎn)品設計靈活：粉末冶金技術能夠精準把控材料的成分以及微觀結構，能按照不同的要求，打造出具有特定性能的材料。這種很強的可控性，給粉末冶金材料原料多樣：粉末冶金原料可以采用多種類型的粉體材料，并通過調(diào)整粉末比例達到不同產(chǎn)品性能，包括鎢、鉬、鈦等難熔金屬。產(chǎn)品結構及功能多樣：可以生產(chǎn)出其他工藝難以制造或無法制造的特殊材料和制品，例如多孔、發(fā)汗、減震和隔音等特殊功能材料，金屬-塑料、雙金屬等復合材料及制品，多孔材料等，滿足耐磨、耐腐蝕、輕量化等多元化的性能要求。人形機器人進入量產(chǎn)階段，粉末冶金工藝適合關節(jié)電機齒輪等零件批量制造，成本及性能優(yōu)勢將得以體現(xiàn)。粉末冶金不適于生產(chǎn)大型產(chǎn)品，由于金屬粉末的流動性不如熔融金屬，所以形狀和尺寸都有一定的限制，重量不超過10公斤；人形機器人零部件并無大型零件，粉末冶金產(chǎn)品適用范圍更廣。粉末冶金需要采用模具生產(chǎn)，模具制造成本高，只適用于批量生產(chǎn)；人形機器人設計階段，零部件可以采用多種成型工藝，進入量產(chǎn)階段，粉末冶金的優(yōu)勢將得以體現(xiàn)。粉末冶金工藝產(chǎn)品一致性高，生產(chǎn)產(chǎn)品公差小，適合人形機器人零部件的批量生產(chǎn)。MIM（MetalInjectionMolding，金屬粉末注射成型）是一種生產(chǎn)復雜精密零件的近凈成形的先進制造技術。MIM是將金屬粉末與其粘結劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法，它將現(xiàn)代塑料注射成形技術引入粉末冶金領域，是近年來粉末冶金學科和工業(yè)領域中發(fā)展迅猛的一項高新技術。在當折疊屏手機及人形機器人快速發(fā)展的趨勢下，MIM工藝尤其在折疊屏鉸鏈和機器人靈巧手零部件的批量制造中具備突出優(yōu)勢。MIM被譽為當今最熱門的零部件成形技術?！秶抑攸c支持的高新技術領域（2016）》將高精密度金屬注射成形（MIM）技術作為重點支持的高新技術領域之一。麥肯錫2018年5月發(fā)布的《先進制造與裝配調(diào)查報告》中，MIM技術在全球10大先進制造技術中排名第二。MIM工藝分為混合喂料、注射成型、脫脂、燒結、后處理等步驟。1）混合喂料：將微細的金屬粉末與有機粘結劑按照比例混合，加熱到一定的溫度使粘結劑熔化，形成具有良好流變性能的注射料。MIM金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5~20μm。2）注射成形：將專用喂料裝入注射機料筒后加熱到指定溫度使其具備流動性，在適當?shù)膲毫ο聦⒆⑸淞献⑷刖哂辛慵螤畹哪Ｇ恢?，形成坯件（生坯）?）脫脂：運用物理或者化學方法將成型部件中粘結劑去除，形成灰坯。在燒結前去除絕大部分的粘結劑，殘留的部分在燒結環(huán)節(jié)完全清除。4）燒結：經(jīng)過脫脂的坯件在一定的氣氛下加熱到低于其中基本成分熔點的溫度，保溫使燒結體強度和密度增加，成為具有良好物理和力學性能的制品和材料。5）后處理：消除產(chǎn)品在燒結過程中的收縮差異，均質化產(chǎn)品質量，同時滿足客戶不同表面要求，包括整形、CNC、攻牙、噴砂、鐳雕、拋光、研磨、清洗、PVD等工序。圖5:MIM工藝流程martMoldingMIM工藝適合生產(chǎn)復雜、高精密零部件，適合人形機器人精密復雜零部件生產(chǎn)，如靈巧手。MIM=粉末冶金采用MIM300g。且人形機器人靈巧手空間狹小、關節(jié)多，因此需配備更多小型、精密零件，MIM形狀設計沒有限制，適用于幾乎所有產(chǎn)品，可一次成型高度復雜幾何形狀的零件。圖6:工藝生產(chǎn)的復雜精密小型零件 圖7:靈巧手需要更多小型、精密零件arberMeta 海精MIM工藝可以從設計源頭入手，減少產(chǎn)品裝配工序，提高效率、降低成本。MIM可以設計成型具有復雜三維形狀的零件，可以具備外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺等系列特征，因此可以與客戶協(xié)同設計，充分利用MIM可實現(xiàn)復雜幾何形狀一體成型的優(yōu)勢，將原本由多個工藝零件組裝成型的部件通過MIM成型合并為1個零件，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、去除產(chǎn)品裝配工序，達到系統(tǒng)化降本。圖工藝將4個零件合并為1個零件 圖9:工藝將5個零件合并為1個零件本設 本設MIM工藝近凈成形，材料利用率高，制造成本低。MIM工序少、無切削或少切削，成型零件的形狀已接近最終產(chǎn)品形態(tài)，材料利用率高，幾乎沒有材料浪費，生產(chǎn)過程清潔、廢料少、能耗低，是零部件低成本生產(chǎn)的關鍵工藝，尤其對于材料成本較高的加工尤為重要。圖10:零部件越復雜工藝成本優(yōu)勢越突出 圖技術優(yōu)勢雷達圖聯(lián)精 聯(lián)精MIM工藝采用模具，效率高，大批量生產(chǎn)有望進一步降低成本。MIM使用金屬模具、注射機成型產(chǎn)品生坯，生產(chǎn)效率大幅度提高，適合大批量生產(chǎn)；同時MIM產(chǎn)品的一致性、重復性好，從而為大批量和規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)提供了保證。MIM是彈性較大的工藝，年需求量幾千到幾百萬的產(chǎn)量能夠非常經(jīng)濟地實現(xiàn)，且更具經(jīng)濟性。人形機器人初期設計階段，對零部件需求量少，MIM工藝不具備優(yōu)勢，隨著人形機器人未來放量，MIM經(jīng)濟性優(yōu)勢愈發(fā)突出。得益于MIM工藝的顯著優(yōu)勢，越來越多的人形機器人廠商采用MIM工藝。特斯拉、Figure等企業(yè)已采用MIM工藝，F(xiàn)igureAI已經(jīng)完成下一代Figure03的設計，采用MIM工藝制造時間大大縮短，相比傳統(tǒng)CNC工藝可將零件制造時間從一周縮短至20秒以內(nèi)，大幅降低了生產(chǎn)成本。圖12:Figure03采用MIM工藝大幅降低制造時間igureAI官MIM工藝可以滿足多元化材料及性能需求，滿足人形機器人未來性能迭代要求。適用于MIM的金屬材料非常廣泛，原則上任何可高溫澆結的粉末材料均可由MIM工藝制造成零件，包括傳統(tǒng)制造工藝中的難加工材料和高熔點材料。考慮到經(jīng)濟性，MIM主要的應用材料涵蓋鐵基、鎳基、低合金、銅基、高速鋼，不銹鋼，硬質合金、鈦基金屬，為人形機器人零件多元化性能需求以及性能迭代提供保障。表1:常用MIM材料及其應用領域材料體系合金牌號、成分應用領域低合金鋼Fe-2Ni,Fe-8Ni汽車、機械等行業(yè)的各種結構件不銹鋼316L，17-4PH，420，440C醫(yī)療器械、鐘表零件硬質合金WC-Co各種刀具、鐘表、手表陶瓷Al2O3，ZrO2，SiO2IT電子、日常生活用品、中標鎢合金W-Ni-Fe，W-Ni-Cu，W-Cu軍工業(yè)、通訊、日用品鈦合金Ti，Ti-6Al-4V醫(yī)療、軍工結構件磁性材料Fe，F(xiàn)e14Nd2B，SmCo5各種磁性能部件工具鋼CrMo4，M2各種供給宏新材，AIOT大數(shù)MIM零件表面光潔度好、尺寸精度高，內(nèi)部微觀組織均勻、密度高、性能好。傳統(tǒng)粉末冶金的原料粉末粒度為50-100μm，MIM采用粉末更細，粒度小既能加速燒結收縮，有助于提高材料的力學性能，且表面光潔度好、尺寸精度高。MIM是一種流體成型工藝，粘接劑的存在保障了粉末的均勻排布，從而可消除毛坯微觀組織上的不均勻，進而使燒結制品密度可達到其材料的理論密度，制品的高致密性可使強度增加，韌性加強，延展性、導電導熱性得到改善。MIM未來將在人形機器人、AI算力硬件、新能源、消費電子及高端制造領域大放異彩。人形機器人靈巧手。目前靈巧手數(shù)量有限，部分零件采用CNC加工方式，MIM已經(jīng)在機器人靈巧手領域得到了設計者更多的重視，特斯拉、FigureAI已經(jīng)采用MIM工藝用于人形機器零部件/靈巧手零部件領域生產(chǎn)，為人形機器人降本提供關鍵路徑。人形機器人減速器。MIM手術機器人及微創(chuàng)手術電動吻合器。MIM工藝，其主要設計出發(fā)點也是減重，同時提高強度、降低成本。接觸人體部位的手術鉗頭，超聲刀，吻合器等零件的應用比例和市場規(guī)模有望持續(xù)提升。終端硬件。隨著傳輸速率不斷提升，對高速連接器的強度、硬度、耐用性、導電性以及導熱性有更高的要求，MIM技術零件在高速背板連接器有更多的使用機會，東睦股份成功開發(fā)了高速連接器外罩（housing）MIM件，間接配套到英偉達新一代GB200NVL72服務器。此外，在功率提升、散熱性要求高的領域，如大容量光模塊、散熱冷板等領域，MIM結構件同樣具有無可比擬的優(yōu)勢。中高端消費電子及高端制造。折疊屏鉸鏈由多個金屬零件組裝而成，結構設計復雜，精度高，MIM工藝相比CNC相關上市公司及盈利預測國內(nèi)上市粉末冶金及MIM企業(yè)包括東睦股份（富馳高科為其子公司）、精研科技、統(tǒng)聯(lián)精密、海昌新材，等。其中東睦股份粉末冶金業(yè)務國內(nèi)市占率最高，MIM業(yè)務規(guī)模國內(nèi)最大，技術能力較為領先，精研科技、統(tǒng)聯(lián)精密、海昌新材等也有較快發(fā)展。不同于粉末冶金在汽車領域的低速滲透（安全要求極高，驗證周期長），在當前算力設備包括液冷設備、中高端消費電子（折疊屏手機、AI/AR眼鏡）、人形機器人對低成本、高一致性、高性能、高精密、高復雜零部件（粉冶和MIM的優(yōu)勢特點）需求高速增長的趨勢下，粉末冶金及MIM工藝在上述領域的滲透率將會加速。同時具備原材料及材料配比技術、粉末冶金工藝和MIM工藝的材料部件一體化平臺型公司優(yōu)勢更為顯著，具備長期競爭力。因此推薦一體化平臺型公司東睦股份，關注在粉末冶金及MIM領域發(fā)展較快的精研科技、統(tǒng)聯(lián)