Aplicación de PEEK en Robots Humanoides

Evolución de la Robótica Humanoidal

En octubre de 2023, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China señaló que los robots humanoides están listos para convertirse en productos disruptivos siguiendo los pasos de las computadoras, los teléfonos inteligentes y los vehículos de nueva energía, prometiendo transformar profundamente la producción humana y el estilo de vida.

En diciembre de 2023, Tesla presentó la versión de segunda generación de su robot humanoide, Optimus-Gen 2, con una reducción de peso de 10 kg en comparación con la primera generación y un aumento del 30% en la velocidad de marcha, atribuido principalmente al uso de materiales livianos y actuadores de alta densidad de potencia.

En el último día de negociación de 2023, los robots humanoides subieron al escenario para su debut en la Bolsa de Valores de Hong Kong, completando la ceremonia de toque de campana.

La demanda de materiales en robótica se centra principalmente en la ligereza y la durabilidad. Los robots de segunda generación abordan estos desafíos mediante el uso de PEEK (poli-éter-éter-cetona) y actuadores de alta densidad de potencia. Recientemente, ha habido una atención de mercado más intensa en los materiales de PEEK, impulsando la popularidad de los materiales no metálicos en el sector de la ligereza.

Si los robots humanoides pueden ofrecer oportunidades a la industria del PEEK depende de dos preguntas: 1) ¿Se puede utilizar el PEEK? 2) ¿Cuánto PEEK se utiliza?

¿Es el PEEK la mejor opción para los robots humanoides?

No solo el robot de segunda generación de Tesla pierde 10 kg, sino que también ha mejorado significativamente su capacidad de equilibrio. Ampliamente se cree en la industria que la sustitución de plásticos por metales de alta densidad puede ser indispensable. En cuanto a la dinámica de la industria, ARKPEEK en una plataforma de preguntas y respuestas mencionó: "Los materiales de PEEK se han aplicado a componentes relacionados con robots y actualmente, los clientes aguas abajo de la empresa tienen aplicaciones en robots".

Desde una perspectiva material, la pregunta central sobre si los robots humanoides utilizan PEEK depende del rendimiento del material y de las consideraciones de costo.

POM (polioximetileno), PA66, UHMWPE (polietileno de ultra alto peso molecular) y PEKK (poli-éter-cetona-cetona) son varios plásticos de ingeniería de alto perfil en la industria, que sirven como materiales competitivos para el PEEK.

Sin embargo, los plásticos de ingeniería de nylon son propensos a la hinchazón y la hidrólisis, mientras que también existen preocupaciones sobre la hidrólisis para el POM. Además, tanto el POM como el UHMWPE tienen puntos de fusión bajos, y excepto por el PEKK, varios materiales competitivos muestran un rendimiento mecánico inferior en comparación con el PEEK o pueden no ser adecuados para los requisitos de rendimiento de los robots humanoides.

El PEKK sigue de cerca al PEEK en varios indicadores de rendimiento, pero su proceso de industrialización es más lento. El PEKK fue desarrollado por DuPont en Estados Unidos en 1962, quince años antes que el PEEK. Más tarde, la tecnología fue transferida a Arkema para su industrialización. Sin embargo, la lenta mejora en la escala industrial y las aplicaciones inmaduras han llevado a costos de uso relativamente altos. Empresas chinas como Victrex están trabajando en avances tecnológicos.

Las muchas ventajas de rendimiento del PEEK pueden satisfacer bien las necesidades de los robots humanoides, mejorando la carga y la flexibilidad del robot, haciendo que los robots sean "ligeros" y ágiles, pero estables como una roca. Utilizar materiales de PEEK para reducir el peso significa que los robots pueden hacer más y llegar más lejos. Por lo tanto, el PEEK podría convertirse en uno de los materiales principales para los robots humanoides en el futuro.

¿Cuánto PEEK necesitan los robots humanoides?

El PEEK, con su excelente rendimiento, puede ser utilizado en engranajes, articulaciones, miembros y otras partes de los robots humanoides.

No hay un número exacto para la cantidad de PEEK utilizado en un solo robot humanoide. Suponiendo que los engranajes y las articulaciones utilicen 1 kg de material PEEK puro y que los miembros utilicen 8 kg de material compuesto CF/PEEK (generalmente con un contenido de PEEK inferior al 30%) para reducción de peso, el consumo de PEEK de un solo robot sería de 6.6 kg.

Otro método de estimación es calcular el volumen de todo el cuerpo del robot utilizando la densidad de aleación de aluminio y luego reemplazar el 25% del volumen con material PEEK. En este caso, el consumo de material PEEK para un solo robot sería de aproximadamente 6.9 kg.

Basándonos en estas suposiciones, la demanda de materiales de PEEK podría alcanzar las 6600-6900 toneladas por cada millón de robots.

Elon Musk afirmó que el precio final del robot humanoide Optimus podría ser inferior a $20,000 y se espera que se produzca en masa dentro de 3-5 años. Si utilizamos la estimación de 6.6 kg por robot y un precio de 350,000 RMB por tonelada, el valor de los materiales de PEEK para un solo robot sería de aproximadamente 2300 RMB, lo que representa el 1.65%.

La ventaja de China en los precios de PEEK es significativa.

Como se mencionó anteriormente, el costo es uno de los factores principales en la decisión de utilizar este material.

La composición de costos de los materiales de PEEK incluye materiales directos (75%), costos directos de fabricación (11%), mano de obra directa (8%) y costos de energía, potencia y transporte (6%).

Los materiales crudos representan el 75% del costo de producción de los materiales de PEEK, que incluyen principalmente cetona de flúor, hidroquinona, difenilsulfona, carbonato de sodio, etc. La cetona de flúor es el material crudo principal para el PEEK, y se necesitan aproximadamente de 0.7 a 0.8 toneladas de monómeros de cetona de flúor para producir 1 tonelada de material de PEEK.

El precio nacional de los materiales de PEEK es de aproximadamente 300,000-400,000 RMB por tonelada, mientras que el precio en el extranjero es de aproximadamente 800,000-1,000,000 RMB por tonelada. Los productos nacionales tienen una ventaja de precio significativa, lo que indica una clara tendencia de sustitución nacional.

Resumen:

1, En el futuro, el PEEK puede convertirse en uno de los materiales principales para los robots humanoides;

2, Cada millón de robots puede requerir de 6,600-6,900 toneladas de PEEK;

3, La tecnología de síntesis de PEEK es difícil y las barreras para los clientes son altas, con una capacidad relativamente concentrada;

4, La ventaja de China en los precios de PEEK es significativa, destacando su ventaja de precio global.