2025年汽车行业深度报告：人形机器人轻量化大势所趋，镁合金与特种工程塑料有望崛起

人形机器人轻量化， 降本增效的最优解

人形机器人快速发展，轻量化优势解决痛点

提升续航能力，优化能效表现。轻量化设计能显著提升人形机器人续航能力的核心原理在于，通过降低机器人 自身质量，可直接减少其在运动中为克服重力势能所做的功；同时，质量减轻也意味着机器人部件运动惯性的 减弱。在这两者的共同作下，机器人在静态维持姿态与动态运动过程中的能量消耗能够被有效降低，从而在同 等电池容量下实现更长的持续工作时间。

缓解散热压力，简化系统设计。轻量化有助于从源头上缓解人形机器人的散热压力。机器人重量的降低，直接 减轻了电机、减速器等核心驱动部件的负载，进而减少了运行过程中的发热量。这使得其无需过度依赖复杂的 散热系统，有助于实现结构设计的简化。

降低性能依赖，减轻供应链压力。轻量化能够降低对关键零部件过高的性能要求。当整机重量减轻后，轴承、 连接件等结构件的承重与摩擦损耗相应降低，驱动电机为满足机器人运动性能所需的功率要求也可相应下调。 这在一定程度上能够降低对单一零部件性能的依赖，有助于拓宽供应链选择范围，并可能降低核心部件的采购 成本与技术门槛。

增强操作灵活性与场景适用性。轻量化是提升人形机器人操作灵活性与场景实用性的关键。当前多数人形机器 人原型机体型笨重，经常出现运动失衡、摔倒等现象，稳定性较差；轻量化改造后，将极大改善其可搬运性， 从需多人协作转变为可单人操作，更利于在家庭及工厂等场景中的实际部署与推广。

人形机器人轻量化大势所趋，主流厂商已实践设计

宇树科技在其人形机器人产品中，自初始设计阶段便将轻量化作为核心考量。H1整机重量为47千克， G1整机重量为35千克，这主 要得益于其系统性地采用了航空铝合金与碳纤维等高强度、低密度的先进材料。在具体应用中，两款机器人不仅主体结构大量使用 这些轻质材料，其所有连接结构也均采用高强度铝合金（如H1指定的6061-T6与关键部位的7075-T6），在实现减重目标的同时确 保了结构强度与抗冲击性能。此外，G1所采用的全关节中空内走线等设计，也体现了其在结构层面对轻量化与集成化的追求。

优必选在其Walker系列迭代中成功实现了整机减重。其中Walker C在身高增加33厘米的基础上，整体重量较前代降低了20千克。 后续推出的Walker S2进一步延续轻量化路径，在身高增加4厘米的同时成功减重6千克，该成效主要得益于多种创新材料的系统化 应用，具体包括采用全身刚柔异构材料的复合应用、航空级铝合金3D打印主骨架以及三维立体针织高弹纤维材料。

智元机器人在其产品迭代中也通过系统性的轻量化设计实现了整机重量的大幅降低。其初代远征A1人形机器人整机重量为55千克， 而在最新的灵犀X2型号上，重量已显著降低至35-37千克水平。

特斯拉通过系统性轻量化设计显著提升了其第二代Optimus机器人的运动性能与能效。 在2023年12月发布的第二 代Optimus原型机中，其在颈部增加了两个运动自由度，同时通过应用轻量化材料、进行结构拓扑优化及减少冗余 设计，成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克，降幅达13.7%。这一系列轻量化措施，结合第二代关 节更高的集成度与能效优化，共同支撑了机器人行走速度30%的性能提升。

主流轻量化材料性能各异，复合材料为未来研究方向

基于对传统材料与主流轻量化材料性能参数的综合对比，镁、铝合金及高性能工程塑料已是当前阶段替代传统 金属的主流方案，而复合材料有望成为未来人形机器人实现轻量化的重点研究方向。

在常见合金中，铝合金强度较低但成本可控；镁合金密度低、比强度高，在需兼顾重量与强度的结构件中具备 比较优势。

碳纤维材料在比强度和抗拉强度方面显著优于大部分其他材料，但受制于成本与工艺限制，尚未实现规模化应 用。

PEEK作为高性能工程塑料，密度低，比强度较高，但当前其核心生产技术主要由国外企业掌握，国内仍依赖进 口，应用成本高，难以实现大规模应用，因此复合材料仍需作为长期研发的重点方向加以投入。

铝合金为轻量化应用主力， 镁合金有望成为材料新锐

铝合金为轻量化应用主力， 镁合金有望成为材料新锐

根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，中国汽车轻量化到2035年将拥有更加多样化的轻量化技 术手段，助力汽车产品实现轻量化。

自 2020 年到 2025 年构建完善的汽车用钢应用体系，掌握基于成本约束和工艺实现的结构-性能一体化设计方法，加快提升 铝合金、镁合金、塑料及复合材料的性能，初步形成低成本、大丝束车用纤维材料生产能力。

到 2030 年建立起汽车铝合金、镁合金应用体系，掌握铝合金车身覆盖件及薄壁铝合金、镁合金结构件的设计方法；突破大尺 寸挤压铝合金件、薄壁铸造铝合金及镁合金件、车身覆盖件成形的工艺技术、过程质量控制方法和连接技术等。进一步完善高 强度钢的低成本制造与应用体系，提升车用工程塑料、复合材料性能和成形效率。

到 2035 年建立起汽车用复合材料应用体系，掌握车用复合材料零件参数化设计、一体化集成设计、高精度建模与性能预测方 法和强各向异性材料零部件结构拓扑优化设计方法；突破复合材料零件高精度成形、性能控制、连接、服役性能和评价关键技 术；完善低成本成形工艺与装备开发体系，形成轻量化多材料综合应用能力。

汽车轻量化阶段目标明确，技术路线日趋复杂

汽车轻量化技术主要通过结构优化设计、新型材料应用与先进制造工艺三大路径协同推进。随着汽车行业对轻量化的持续重视 及研究投入，汽车轻量化设计的对象从简单变得复杂。

在结构设计层面，已从早期的单一零部件尺寸与拓扑优化，逐步发展到总成级的一体化设计，并进一步扩展至系统及整车的参 数化和多目标优化设计；

在材料应用层面，则从钢、铝合金、镁合金等各向同性材料，逐步拓展至复合材料结构部件、多材料结构部件这样的各向异性 部件的设计与应用。在这一进程中，铝合金凭借成熟的工艺体系与综合性价比，目前仍是轻量化应用的主力材料；而镁合金则 因其更低的密度和优异的性能，正逐渐成为轻量化领域的新兴研究方向。

铝合金仍为应用主力，镁合金成轻量化新锐

据Ducker Frontier的测算，从2022年至2026E，镁合金在汽车上的应用将实现从无到有的突破；先进高强度 钢占比将从12%上升至14%，而普通钢将从24%降至22%；铝合金占比稳定在12%；聚合物与复合材料、铸铁、 玻璃等材料比例基本维持不变。

铝合金已成为汽车轻量化的关键材料，在传统燃油车和新能源汽车中应用广泛。 根据加工工艺差异，汽车用铝 合金主要分为轧制材、挤压材、锻造材、铸造铝合金四大类，其中铸铝占比最高，约为77%，主要应用于发动 机零部件、壳体类及底盘结构件；变形铝合金合计占比约23%，主要用于车身面板与结构件。在新能源汽车领 域，铝合金应用已覆盖车身、车轮、底盘、防撞梁、地板、动力电池和座椅。

车轮、动力总成和车身是整车中用铝量较大的零部件。据Ducker Frontier的测算，2022年北美单车用铝量约 为202Kg；其中，车轮、动力总成和车身覆盖件用铝量分别为41Kg、31Kg和28Kg，占比较大，分别为20.3%、 15.35%和13.86%；另外，传动系统、内饰件、制动系统和转向系统用铝量分别为1Kg、1Kg、4Kg和4Kg，占 比较小，分别为0.5%、0.5%、1.98%和1.98%。

汽车用镁合金替代铝合金空间可观。镁合金在汽车零部件上的应用主要分为壳体类和支架类。壳体类主要包括离合器壳体、变 速器壳体、仪表板等，由于镁合金的阻尼衰减能力强，用于制造壳体类零部件可以降低汽车运行时的噪声；支架类主要包括转 向支架、转向盘、制动器、制动支架、和轮毂等，由于镁合金具有很好的抗冲击韧性，减振量大于铝合金和钢铁，用于制造支 架类零部件可以提高汽车的平衡性、安全性和舒适性。

汽车用镁合金减重效果明显。合金钢变速箱壳体替换成镁合金，减重效果能超过28%。而其他大型复杂结构件，例如阀门开关， 减重效果能超过60%；汽车座椅支架减重效果超过64%；后车厢门减重效果超过42%，轮毂减重效果超过33%。

镁合金综合性能较优，是轻量化理想材料

镁合金在轻量化材料体系中展现出相较于铝合金的性能优势，其密度约为铝合金的2/3、钢铁的1/4。

镁合金的比强度比铝合金和钢铁高，因此，在不减少零部件强度的情况下，使用镁合金可减轻零部件的重量。镁合金的比重比 塑料重，但是单位重量的强度比塑料高，所以在零部件强度相同的情况下，镁合金零部件能做得比塑料零部件薄且轻。

镁合金可吸收比铝合金多50%的冲击能量，能有效抑制振动、延长机械寿命被，因此其被较多应用于汽车零部件的壳体或支架。

镁合金导热系数约为铝合金导热系数的50%，相较于铝合金散热片，镁合金散热片在根部与顶部可以形成较大的空气温差，加 速空气对流，提高散热效率。因此，镁合金多应用于汽车车灯散热架、仪表盘骨架等对散热性能要求较高的零部件。

镁合金是良好的压铸材料，具有很好的流动性和快速凝固率。由于其热容量低，与生产同样的铝合金铸件相比，其生产效率高 40%-50%，且铸件尺寸稳定、精度高、表面光洁度好。

埃斯顿镁合金机器人减重显著，本田ASIMO行走与奔跑速度双突破

埃斯顿镁合金机器人ER4-550-MI采用镁合金作为主体材质，在同等结构条件下，零部件重量较铝合金版本降低 约33%，整机减重达11%；在性能方面，其高速性能提升5%，功耗降低10%。 日本本田公司第3代的ASIMO由轻质合金制成，其外壳为镁合金材质，步行速度由原来的1.6km/h提高到 2.5km/h，最大奔跑速度达到了3km/h。

人形机器人全球市场加速发展，铝、镁合金市场潜力巨大

我们预测，到2030年人形机器人数量将达到205.0万台，人形机器人市场规模将达到2,870.3亿元。我们预测， 2025年至2030年全球人形机器人市场规模将从97.8亿元增长至2,870.3亿元，年复合增长率130.2%。

我们预测，2030年全球人形机器人对应铝合金市场规模有望达100.86亿元； 2030年全球人形机器人对应镁合 金市场规模有望达36.89亿元。

以塑代钢， 轻量化的关键路径

塑料品类多样，持续构成以塑代钢的发展路径

塑料品种多样，根据不同的理化特性可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，业内通常根据综合性能和长期使用温度从低到 高将热塑性塑料区分为通用塑料、工程塑料和特种工程塑料。 普通塑料包括常见的ABS、PVC、PP等，其特点是生产规模大，价格便宜，但性能相对较低。 工程塑料性能优异，不仅具备良好的机械性能、100℃ 以上耐热性和化学稳定性，而且逐渐成为替代传统金属材料、满足多样 化工业需求的关键材料，全球工程塑料市场中ABS占比最高，为38.1%。 特种工程塑料性能优异，是塑料金字塔顶端的产品，耐热性相比工程塑料更高，在150℃以上的高温下也能够长时间使用，但 由于成本过高，制约了其的大规模应用。

工程塑料的薄壁化与高性能化构成我国汽车“以塑代钢”的发展路径。根据《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》，薄壁化是核心突破方向，汽车零部件厚度目标从2020年的2.3mm逐步降至2035年的1.6mm，同期减重 目标提升至10%-14%，并要求在减重同时保持综合成本基本不变，典型应用覆盖保险杠、车门内护板等部件。 在技术层面，需从研究工程塑料流动性等核心工艺，逐步发展到掌握结构-材料-工艺一体化设计技术。

轻量化已有相关材料应用，特种工程塑料有望进一步加码此领域

目前，部分塑料已经成为汽车轻量化的关键材料。中国车用塑料中，PP、PU和PVC使用最为丰富，占比分别 为21.1%、19.6%和12.2%，三者之和占比超过50%；PC、PE、PA使用最少，占比分别为2.6%、6.0%和7.8%， 三者之和占比少于20%。

特种工程塑料综合性能优异，是未来轻量化关键材料

特种工程塑料凭借其优异的综合性能，正逐步实现对传统金属材料的替代，成为人形机器人轻量化的关键路径。 在强度相近的条件下，工程塑料的密度可比金属材料降低50%至70%，部分材料在耐腐蚀性、抗疲劳性等方面 亦展现出显著优势。

聚醚醚酮（PEEK）凭借其高强度与耐热性，在关节部件中展现出显著的减重效果。 其应用可使关节部件实现 约30%的减重。

聚苯硫醚（PPS）适用于机器人骨架及耐磨损运动部件。 PPS热变形温度超过260℃，可在220 ℃下长期稳定 使用，同时具备极佳的耐化学腐蚀性，可使结构件减重30%-40。

液晶聚合物（LCP）以其低介电特性与高尺寸稳定性，被应用于伺服电机连接器等高频信号传输部件，可使结 构件减重30%-50%。

PEEK综合性能高度均衡，为顶级热塑性工程塑料

PEEK 性能优于普通金属。PEEK 比强度大，在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小材料本身的自重，成 为实现“轻量化”的解决方案。此外 PEEK 在绝缘性、耐化学性方面均优于普通金属。

优异的耐热性、耐磨性与阻燃性确保PEEK在高温工况下的可靠性能。 PEEK长期使用温度高，导热系数适宜， 且具备自身阻燃性，无需添加阻燃剂即可达到最高阻燃等级（ UL94V-0 ），在250℃高温环境下仍能保持稳 定的耐磨性能。

卓越的化学稳定性使PEEK能够适应复杂工作环境。PEEK对各类化学药品具有优秀的耐腐蚀性，同时具备极低 的吸水率（23℃饱和吸水率仅0.4%），可在200℃高压热水和蒸汽环境中长期使用，耐水解性能出色。

优异的加工特性为PEEK的量产提供了技术基础。 材料支持注塑成型、挤出成型和切削加工等多种加工方式， 为其在机器人精密结构件中的规模化应用创造了有利条件。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）