Aplicação de PEEK em Robôs Humanoides

Em outubro de 2023, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China destacou que os robôs humanoides estão prestes a se tornar produtos disruptivos seguindo os passos dos computadores, smartphones e veículos de energia nova, prometendo transformar profundamente a produção e o estilo de vida humano.

Em dezembro de 2023, a Tesla revelou a versão de segunda geração de seu robô humanoide, o Optimus-Gen 2, com uma redução de peso de 10kg em comparação com a primeira geração e um aumento de 30% na velocidade de caminhada, atribuído principalmente ao uso de materiais leves e atuadores de alta densidade de potência.

No último dia de negociação de 2023, os robôs humanoides subiram ao palco para sua estreia no IPO, completando a cerimônia de toque de sino na Bolsa de Valores de Hong Kong.

A demanda por materiais na robótica concentra-se principalmente na leveza e durabilidade. Os robôs de segunda geração enfrentam esses desafios utilizando PEEK (poli-éter-éter-cetona) e atuadores de alta densidade de potência. Recentemente, houve uma maior atenção de mercado para os materiais de PEEK, impulsionando a popularidade de materiais não metálicos no setor de leveza.

Se os robôs humanoides podem trazer oportunidades para a indústria de PEEK depende de duas perguntas: 1) PEEK pode ser usado? 2) Quanto PEEK é usado?

PEEK é a melhor escolha para robôs humanoides?

Não apenas o robô Tesla de segunda geração perdeu 10kg, mas sua capacidade de equilíbrio também melhorou significativamente. Na indústria, é amplamente aceito que a substituição de plásticos por metais de alta densidade pode ser indispensável. Em relação à dinâmica da indústria, a ARKPEEK em uma plataforma de perguntas e respostas mencionou: "Materiais de PEEK foram aplicados a componentes relacionados a robôs e atualmente, os clientes downstream da empresa têm aplicações em robôs."

Do ponto de vista do material, a questão central de saber se os robôs humanoides usam PEEK depende do desempenho do material e considerações de custo.

POM (Polioximetileno), PA66, UHMWPE (Polietileno de ultra-alto peso molecular) e PEKK (Cetona de poli-éter-cetona) são vários plásticos de engenharia de alto perfil na indústria, que servem como materiais competitivos para o PEEK.

No entanto, os plásticos de engenharia de nylon são propensos a inchar e hidrólise, enquanto as preocupações com a hidrólise também existem para o POM. Além disso, tanto o POM quanto o UHMWPE têm baixos pontos de fusão, e exceto pelo PEKK, vários materiais competitivos apresentam desempenho mecânico inferior ao do PEEK ou podem não ser adequados para os requisitos de desempenho de robôs humanoides.

O PEKK segue de perto o PEEK em vários indicadores de desempenho, mas seu processo de industrialização é mais lento. O PEKK foi desenvolvido pela DuPont nos Estados Unidos em 1962, quinze anos antes do PEEK. Posteriormente, a tecnologia foi transferida para a Arkema para industrialização. No entanto, a melhoria lenta na escala industrial e aplicações imaturas levaram a custos de uso relativamente altos. Empresas chinesas como a Victrex estão trabalhando em avanços tecnológicos.

As muitas vantagens de desempenho do PEEK podem atender bem às necessidades de robôs humanoides, melhorando a carga e a flexibilidade do robô, tornando-os "leves" e ágeis, mas estáveis como uma rocha. Utilizar materiais de PEEK para redução de peso significa que os robôs podem fazer mais e ir mais longe. Portanto, o PEEK pode se tornar um dos materiais principais para robôs humanoides no futuro.

Quanto de PEEK os robôs humanoides precisam?

O PEEK, com seu excelente desempenho, pode ser usado em engrenagens, juntas, membros e outras partes de robôs humanoides.

Não há um número exato para a quantidade de PEEK usada em um único robô humanoide. Supondo que as engrenagens e juntas usem 1kg de material PEEK puro e os membros usem 8kg de material composto CF/PEEK (geralmente com um teor de PEEK inferior a 30%) para redução de peso, o consumo de PEEK de um único robô seria de 6,6kg.

Outro método de estimativa é calcular o volume de todo o corpo do robô usando a densidade da liga de alumínio e, em seguida, substituir 25% do volume por material PEEK. Neste caso, o consumo de material PEEK para um único robô seria de cerca de 6,9kg.

Com base nessas suposições, a demanda por materiais de PEEK pode atingir de 6600 a 6900 toneladas para cada um milhão de robôs.

Elon Musk afirmou que o preço final do robô humanoide Optimus pode ser inferior a US$ 20.000 e espera-se que seja produzido em massa dentro de 3 a 5 anos. Se usarmos a estimativa de 6,6kg por robô e um preço de 350.000 RMB por tonelada, o valor dos materiais de PEEK para um único robô seria de cerca de 2300 RMB, representando 1,65%.

A vantagem da China nos preços de PEEK é significativa.

Como mencionado anteriormente, o custo é um dos principais fatores na decisão de usar este material.

A composição de custos dos materiais de PEEK inclui materiais diretos (75%), custos de fabricação diretos (11%), mão de obra direta (8%) e custos de energia, energia e transporte (6%).

As matérias-primas representam 75% do custo de produção dos materiais de PEEK, incluindo principalmente cetona de flúor, hidroquinona, sulfona de difenilo, carbonato de sódio, etc. A cetona de flúor é a matéria-prima principal para o PEEK, e aproximadamente 0,7-0,8 toneladas de monômeros de cetona de flúor são necessários para produzir 1 tonelada de material de PEEK.

O preço doméstico dos materiais de PEEK é de cerca de 300.000-400.000 RMB por tonelada, enquanto o preço no exterior é de cerca de 800.000-1.000.000 RMB por tonelada. Os produtos domésticos têm uma significativa vantagem de preço, indicando uma clara tendência de substituição doméstica.

Resumo:

1, No futuro, o PEEK pode se tornar um dos materiais essenciais para robôs humanoides;

2, Cada milhão de robôs pode exigir de 6.600 a 6.900 toneladas de PEEK;

3, A tecnologia de síntese de PEEK é difícil e as barreiras dos clientes são altas, com capacidade relativamente concentrada;

4, A vantagem da China nos preços de PEEK é significativa, destacando sua vantagem de preço global.