人形机器人轻量化趋势解析：镁合金渗透加速与压铸工艺突破（上）

本文将简要介绍：人形机器人为何必须走向轻量化升级、轻量化对续航与动态性能的关键影响，以及镁合金如何凭借更低密度与工艺突破，并在半固态压铸技术推动下加速进入机器人核心结构件应用体系。

注*：文章约5,800字，阅读完需10-12分钟

1. 人形机器人为何需要实现轻量化

1.1 轻量化：机器人领域的降本增效密码

新能源汽车轻量化可显著提升续航：根据星源卓镁招股说明书，车重对新能源车续航影响较大，相同带电量情况下，汽车减重10%能够提升7%的续航能力。

人形机器人实现轻量化的意义：

1）续航：与新能源车通过减重提升续航相同，机器人减重同样可以提升续航能力。 “首届机器人半程马拉松挑战赛”中天工Ultra采用碳纤维材料进行减重，显著提升了续航能力，并在比赛中夺冠。

2）响应速度： 通过轻量化设计，机器人各个关节以及躯干实现减重，可以降低人形机器人各个关节在运行时的转动惯量。转动惯量越低，人形机器人电机实现加速与减速所需扭矩更低，在运动中就表现为更高的动态响应速度。

1.2 机器人轻量化已是大势所趋

随着人形机器人向通用人工智能平台和真实环境应用不断推进，整机的结构重量成为制约运动性能、能效比、续航时长和场景适应性的关键因素。当前主流厂商普遍将 “轻量化”作为迭代核心之一，通过自研高扭矩密度电机、拓扑优化结构、一体化伺服模组、碳纤维及复合材料等手段持续降低整机质量。

主流技术路线： 目前机器人轻量化主要采用铝合金、镁合金（或铝镁合金）、碳纤维和高性能工程塑料PEEK等材料。铝合金因其性价比高广泛应用于结构件；镁合金更轻且具备良好阻尼性能  , 适合承载部位减重；碳纤维强度高、刚性好，常用于四肢和外壳等对重量敏感的部位；PEEK则以其高强度和耐磨性在关节、绝缘和复杂结构件中发挥优势。

趋势判断： 多材料协同。单一材料难以兼顾强度、刚性、成本与加工工艺。未来趋势是镁合金、碳纤维、 PEEK等多材料协同应用，按功能分区优化设计。

2. 镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升

2.1 镁合金 vs 铝合金 —— 镁合金性价比更优

镁合金作为轻量化材料具备显著性能优势：镁合金密度仅为铝合金的2/3，却在比强度、减震性、电磁屏蔽性和加工性能等方面展现出综合优势。尤其适用于对轻量化、吸能性和成型效率要求较高的结构件。

近年来， 随着新能源汽车与机器人等终端对减重与结构集成需求的提升，镁合金作为铝的理想替代正受到广泛关注。

2.2 高成本与工艺难题曾制约镁合金发展

镁合金应用的三大历史瓶颈：尽管镁合金具备突出的性能优势，但过去镁合金高成本、成型工艺复杂性与耐蚀性三大问题制约其工业化落地。

价格与工艺的同步改善助推镁合金渗透率提高。价格方面：2021年前镁铝价格比长期高于1.5，镁材渗透动力不足；近年来伴随镁材价格走弱，镁铝比降至接近1.0，价格压力逐步缓解。工艺方面 ：半固态镁合金压铸工艺提高镁合金加工工艺安全性，复合涂层工艺提高镁合金抗腐蚀与抗氧化能力，镁合金使用性能不断提高。

2.3 半固态压铸技术解决镁合金加工难点

半固态注射成型（Thixomolding）是一种先进的镁合金加工方法，将金属颗粒加热剪切至半固态状态后注射入模具成型。相较传统高压压铸，具备更高安全性与成型稳定性。

流程步骤简述：

1）进料：镁合金颗粒（Mg chips）从料斗进入螺杆机筒。

2）加热剪切： 螺杆旋转配合多段加热（ 580–630℃) 形成含球状固相的半固态浆料。

3）储料压实：浆料在机筒前段压实，提高密度和流动性。

4）注射成型： 浆料经喷嘴高速注入模具，在闭模状态下快速冷却凝固，获得致密精密零件。

工艺亮点：安全、质量稳定、适用广泛。

2.3.1 半固态压铸：对工艺、设备和材料要求较高

镁合金半固态压铸对工艺、设备和材料都有较高要求。

工艺： ①温度稳定性要求高，以保持镁合金的稳定固相率；②注射速度需要与压力相匹配；③注射成型后需要快速冷却以提高致密度。

设备： ①需要耐高温，具备多段分区加热能力；②设备需要具备高速注射能力与精密温控。

材料： ①AZ91D、AM60B两种镁合金是主流方案（有一定的凝固区间，液相线尽量低） ；② Mg-Al-Ca、Mg-Zn等合金路线正在研发。

2.3.2 半固态压铸VS传统压铸：安全性更高，产品性能更优

半固态镁合金压铸相比于传统压铸工艺，具备多方面的优势。

安全性高：传统压铸需要液态镁合金，容易燃烧； 而半固态镁合金在密闭条件下成型，更安全。

环境友好：传统压铸需使用SF6保护气，容易造成污染；而半固态镁合金无需使用保护气。

卷气缺陷少：传统压铸容易产生紊流和气孔；而半固态镁合金层流填充能减少气孔产生。

力学性能好：半固态镁合金晶体结构更优，压铸成型的产品有更优异的强度和韧性。

能耗低：半固态镁合金压铸温度比传统压铸低100-150℃,能耗相比传统压铸低50%。

2.3.3 半固态压铸：压铸机头部企业均有相关产品布局

头部压铸机企业纷纷布局半固态镁合金压铸设备。

伊之密： 已有UN系列半固态镁合金注射成型机布局，星源卓镁为伊之密客户，已使用伊之密设备加工汽车零配件与结构件。

海天金属： 已有HMG系列半固态镁合金注射成型机布局，博奥镁铝为海天金属客户，已使用海天金属设备加工仪表盘横梁支架。

力劲集团： 已有TPI系列半固态镁合金注射成型机布局，可用于汽车座椅骨架生产。

2.4 应用端

2.4.1 镁合金汽车应用仍处初期，放量空间广阔

· 应用量效齐升，行业加速渗透

汽车领域占镁合金消费市场70%份额，覆盖10大系统、100+零部件；中国单车用量从2022年6kg提升至2024年12kg，北美为18kg；按照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2025/2030年目标分别为25kg和45kg ，CAGR达到17.9%。

· 技术+场景双突破，带动结构件放量

1）上汽/宝武/星源卓镁等头部企业在电驱壳体、电池包、副车架等结构件实现突破：上汽集团第二代镁合金电驱动壳体采用半固态铸造工艺，力学性能提升20%，合格率从78%提升至95%   ,成本下降18%； 宝武镁业建成全球首个6000T镁合金压铸单元岛，实现一体化车身结构件整体成型，较传统钢铝结构减重30%。

2）eVTOL飞行器主承力结构（减重40%）新兴领域加速渗透，亿航智能无人机采用镁合金框架后有效载荷提升15%。

2.4.2 镁合金开始用于工业机器人，人形机器人应用可期

2024年宝武镁业与埃斯顿联合发布镁合金工业机器人“ER4-550-MI”，整机减重11%，节拍提速5%，能耗降低10%，在减震、电磁屏蔽和散热方面表现优异，展示镁合金在机器人结构件中的应用潜力。

宝武镁业在机器人领域已重点布局包括盖板、底座、控制臂等壳体类镁合金结构件。随着人形机器人目前，宝轻量化趋势加速推进，镁合金在骨骼、外壳等部位的替代潜力日益凸显，未来有望成为机器人领域的重要基础材料。

2.5 镁合金压铸行业主流公司介绍

2.5.1  旭升集团：已与多家人形机器人客户建立合作

营收小幅回落，利润略有承压。2020–2024年公司营收从16.28亿元增长至44.09亿元，期间CAGR=28%；归母净利润由3.33亿元增长至4.16亿元，期间CAGR=6%。2020-2024年公司毛利率从32.86%下降至20.28%，归母净利率从20.45%下降至9.44%，盈利下滑主要系生产成本提升等因素。

推进镁合金轻量化应用，拓展机器人市场。 公司已将智能化镁结构件列为重点方向，积极布局人形机器人业务，已投入关节壳体、躯干结构等关键部件研发，斩获多家海内外客户项目定点。

2.5.2 宝武镁业： 已向多家工业机器人厂商供货

营收稳健增长，盈利能力下滑。2020–2024年公司营业收入从59.46亿元增长至89.83亿元，期间CAGR=11%。归母净利润从2.44亿元下降至1.60亿元。毛利率方面，2022年为16.09%，此后下降至2024年的11.70%；归母净利率同步回落，由6.71%降至1.78%。盈利能力下滑主要系费用上升和产品售价下降等多重因素影响。

构建“矿-镁-合金-结构件”一体化体系。2024年镁合金业务收入超24亿元，占比近三成。公司积极布局机器人轻量化部件，2024年12月与埃斯顿共同发布镁合金机器人新品，减重同时提升了节拍速度。依托成熟的镁合金压铸技术，公司产品有望切入人形机器人结构件赛道，贡献业绩增量。

2.5.3 星源卓镁：深耕汽车轻量化压铸，有望切入机器人赛道

营收稳步增长，利润持续提升。2020–2024年公司营业收入从1.74亿元增长至4.09亿元，期间CAGR=24%；归母净利润由0.60亿元上升至0.80亿元，期间CAGR=7%。2020-2024年公司毛利率从54.60%降低至35.94%，归母净利率从34.48%降低至19.56%。毛利率和净利率虽略有下降，但整体仍处较高区间。

聚焦汽车结构件领域，产品体系较为齐全。 公司主营铝合金与镁合金压铸件，涵盖仪表板骨架、端盖、壳体等部件，配套多款车型。 2024年公司镁合金压铸件收入占比接近70%。依托镁合金压铸成熟技术，公司未来有望切入人形机器人轻量化结构件赛道。

END

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