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Application du PEEK dans les robots humanoïdes

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Évolution de la robotique humanoïde

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En octobre 2023, le ministère chinois de l'industrie et des technologies de l'information a souligné que les robots humanoïdes sont sur le point de devenir des produits de rupture, à l'instar des ordinateurs, des smartphones et des véhicules à énergie nouvelle, promettant de transformer profondément la production et le mode de vie de l'humanité.

En décembre 2023, Tesla a dévoilé la deuxième génération de son robot humanoïde, Optimus-Gen 2, dont le poids a été réduit de 10 kg par rapport à la première génération et dont la vitesse de marche a été augmentée de 30 %, principalement grâce à l'utilisation de matériaux légers et d'actionneurs à haute densité de puissance.

Le dernier jour de bourse de l'année 2023, les robots humanoïdes ont fait leurs débuts sur la scène de l'introduction en bourse, en terminant la cérémonie de mise sous cloche à la Bourse de Hong Kong.

La demande de matériaux pour la robotique est principalement axée sur la légèreté et la durabilité. Les robots de deuxième génération relèvent ces défis en utilisant le PEEK (polyéther-éther-cétone) et des actionneurs à haute densité de puissance. Récemment, les matériaux PEEK ont fait l'objet d'une attention accrue de la part du marché, ce qui a renforcé la popularité des matériaux non métalliques dans le secteur de l'allègement.

La question de savoir si les robots humanoïdes peuvent apporter des opportunités à l'industrie du PEEK dépend de deux questions : 1) Le PEEK peut-il être utilisé ? 2) Quelle est la quantité de PEEK utilisée ?

Le PEEK est-il le meilleur choix pour les robots humanoïdes ?

Non seulement le robot Tesla de deuxième génération perd 10 kg, mais sa capacité d'équilibre s'est aussi considérablement améliorée. Il est largement admis dans l'industrie que le remplacement des métaux à haute densité par des plastiques pourrait être indispensable. En ce qui concerne la dynamique de l'industrie, ARKPEEK a indiqué sur une plateforme de questions-réponses : "Les matériaux PEEK ont été appliqués aux composants liés aux robots et, actuellement, les clients en aval de l'entreprise ont des applications dans les robots"

Du point de vue des matériaux, la question centrale de l'utilisation du PEEK par les robots humanoïdes dépend des performances des matériaux et des considérations de coût.

Le POM (polyoxyméthylène), le PA66, l'UHMWPE (polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé) et le PEKK (polyéther-cétone-cétone) sont des plastiques techniques très en vue dans l'industrie, qui constituent des matériaux concurrents du PEEK.

Toutefois, les plastiques techniques à base de nylon sont sujets au gonflement et à l'hydrolyse, tandis que le POM suscite également des inquiétudes quant à l'hydrolyse. En outre, le POM et l'UHMWPE ont des points de fusion bas et, à l'exception du PEKK, plusieurs matériaux concurrents présentent des performances mécaniques inférieures à celles du PEEK ou peuvent ne pas convenir aux exigences de performance des robots humanoïdes.

Le PEKK suit de près le PEEK pour divers indicateurs de performance, mais son processus d'industrialisation est plus lent. Le PEKK a été mis au point par DuPont aux États-Unis en 1962, quinze ans avant le PEEK. Plus tard, la technologie a été transférée à Arkema pour être industrialisée. Toutefois, la lenteur des progrès à l'échelle industrielle et l'immaturité des applications ont conduit à des coûts d'utilisation relativement élevés. Des entreprises chinoises comme Victrex travaillent à des percées technologiques.

Les nombreux avantages du PEEK en termes de performances peuvent répondre aux besoins des robots humanoïdes, en améliorant la charge et la flexibilité des robots, en les rendant "légers" et agiles, tout en étant stables comme le roc. L'utilisation de matériaux PEEK pour réduire le poids signifie que les robots peuvent faire plus et aller plus loin. Par conséquent, le PEEK pourrait devenir l'un des matériaux de base des robots humanoïdes à l'avenir.

De quelle quantité de PEEK les robots humanoïdes ont-ils besoin ?

Grâce à ses excellentes performances, le PEEK peut être utilisé dans les engrenages, les articulations, les membres et d'autres pièces des robots humanoïdes.

Il n'existe pas de chiffre exact pour la quantité de PEEK utilisée dans un seul robot humanoïde. En supposant que les engrenages et les articulations utilisent 1 kg de PEEK pur et que les membres utilisent 8 kg de matériau composite CF/PEEK (généralement avec une teneur en PEEK inférieure à 30 %) pour réduire le poids, la consommation de PEEK d'un seul robot serait de 6,6 kg.

Une autre méthode d'estimation consiste à calculer le volume de l'ensemble du corps du robot en utilisant la densité de l'alliage d'aluminium, puis à remplacer 25 % du volume par du PEEK. Dans ce cas, la consommation de PEEK pour un seul robot serait d'environ 6,9 kg.

Sur la base de ces hypothèses, la demande de matériaux PEEK pourrait atteindre 6600-6900 tonnes pour chaque million de robots.

Elon Musk a déclaré que le prix final du robot humanoïde Optimus pourrait être inférieur à 20 000 dollars et qu'il devrait être produit en masse d'ici 3 à 5 ans. Si nous utilisons l'estimation de 6,6 kg par robot et un prix de 350 000 RMB par tonne, la valeur des matériaux PEEK pour un seul robot serait d'environ 2300 RMB, ce qui représente 1,65 %.

L'avantage de la Chine en matière de prix du PEEK est significatif.

Comme indiqué précédemment, le coût est l'un des principaux facteurs déterminant l'utilisation de ce matériau.

La composition des coûts des matériaux PEEK comprend les matériaux directs (75 %), les coûts de fabrication directs (11 %), la main-d'œuvre directe (8 %) et les coûts de l'énergie, de l'électricité et du transport (6 %).

Les matières premières représentent 75 % du coût de production des matériaux PEEK et comprennent principalement la cétone fluorée, l'hydroquinone, la diphényl sulfone, le carbonate de sodium, etc. La cétone fluorée est la matière première principale du PEEK, et environ 0,7-0,8 tonne de monomères de cétone fluorée est nécessaire pour produire une tonne de matériau PEEK.

Le prix intérieur des matériaux PEEK est d'environ 300 000-400 000 RMB par tonne, tandis que le prix à l'étranger est d'environ 800 000-1 000 000 RMB par tonne. Les produits nationaux ont un avantage significatif en termes de prix, ce qui indique une tendance claire à la substitution nationale.

Résumé :

1. À l'avenir, le PEEK pourrait devenir l'un des matériaux de base des robots humanoïdes ;

2. Chaque million de robots pourrait nécessiter entre 6 600 et 6 900 tonnes de PEEK ;

3. La technologie de synthèse du PEEK est difficile et les barrières à l'entrée sont élevées, avec une capacité relativement concentrée ;

4. l'avantage de la Chine en matière de prix du PEEK est significatif, ce qui souligne son avantage en termes de prix au niveau mondial.