3D打印賦能人形機器人，開辟智能制造新路徑

3D打印又稱“增材制造”，是一種將建立的三維數(shù)字化模型通過切片軟件進行路徑規(guī)劃，再使用粉末、線材、液體等材料逐層堆積完成三維實體模型制造的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)加工方式，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于無需開模、材料利用率高、產(chǎn)品實現(xiàn)周期短，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的無模具、快速、全致密成形，逐步成為應(yīng)對眾多領(lǐng)域技術(shù)挑戰(zhàn)的最佳技術(shù)途徑。

在人形機器人向智能化、高性能化邁進的浪潮中，3D打印技術(shù)正以其獨特優(yōu)勢深度介入，從結(jié)構(gòu)制造到功能升級，全方位推動人形機器人的迭代發(fā)展。作為融合了復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形、多材料應(yīng)用與高效生產(chǎn)的新型工藝，3D打印不僅破解了傳統(tǒng)制造的諸多瓶頸，更成為人形機器人突破技術(shù)限制、降低成本、拓展應(yīng)用場景的關(guān)鍵支撐。

人形機器人由感知、決策、控制、執(zhí)行四大模塊構(gòu)成，核心零部件與結(jié)構(gòu)件的性能直接決定其運行效果。當前，人形機器人面臨著輕量化、高精度、高仿生度等多重技術(shù)需求，同時受困于傳統(tǒng)制造工藝下復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)、零件裝配繁瑣、成本居高不下等問題。而3D打印技術(shù)恰好適配這些需求，其適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造、一體成型設(shè)計和輕量化材料應(yīng)用的核心優(yōu)勢，能在滿足強度及功能要求的前提下，有效降低零件重量，簡化裝配流程，提升系統(tǒng)可靠性。

在結(jié)構(gòu)件制造領(lǐng)域，3D打印的應(yīng)用已十分廣泛。從手臂、大腿等肢體部件，到肩部、胸部骨架，再到機器人外殼，3D打印都展現(xiàn)出顯著價值。波士頓動力早就在Atlas機器人的關(guān)鍵部件制造中采用3D打印技術(shù)，通過拓撲晶格設(shè)計和多尺度結(jié)構(gòu)集成減輕重量，提升機動性并降低能耗，其液壓動力單元的緊湊閥塊也借助3D打印實現(xiàn)了輕量化與高空間利用率。

3D打印參與Atlas液壓動力單元制造 來源：民生證券研究院

鉑力特在世界機器人大會展出的機器人肩支架、胸骨、手指關(guān)節(jié)等零件，通過選擇性激光熔化技術(shù)一體成形，將傳統(tǒng)設(shè)計的多個零件集成優(yōu)化，既滿足了強度需求，又大幅減少零件數(shù)量、降低重量，讓裝配過程更簡便。

鉑力特世界機器人大會參展展品來源：鉑力特公眾號，民生證券研究

3D打印在人形機器人結(jié)構(gòu)組織與仿生組織制造上的突破，進一步提升了機器人的仿生性能與實用價值。Figure 02人形機器人在膝蓋和手臂肘關(guān)節(jié)附近，采用新型復(fù)合材料3D打印出蜂窩狀可壓縮組織，構(gòu)建起高效的緩震、輕量化與散熱系統(tǒng)。在緩震方面，這種蜂窩結(jié)構(gòu)能吸收運動沖擊，避免金屬部件碰撞，擺脫了傳統(tǒng)限位器對機器人靈活性的束縛，同時保護內(nèi)部精密部件；在輕量化方面，蜂窩結(jié)構(gòu)在保持強度和剛度的同時大幅減重，減輕了伺服電機的扭矩負擔，提升了機器人的能效比與運動性能；在散熱方面，增大的表面積加速了熱量分散傳導(dǎo)，有效解決了關(guān)節(jié)部位因運動和電子元件發(fā)熱導(dǎo)致的散熱難題，延長了機器人使用壽命。此外，3D打印的柔性材料或多材料打印技術(shù)，還能制造柔性皮膚、類肌肉結(jié)構(gòu)，進一步強化人形機器人的仿生特性。

Figure 02采用3D打印新型蜂窩狀復(fù)合材料 來源：民生證券研究院

在設(shè)計與迭代層面，3D打印的快速原型設(shè)計能力大幅縮短了人形機器人的開發(fā)周期。通過3D打印技術(shù)可快速創(chuàng)建和測試數(shù)字模型，短時間內(nèi)驗證不同設(shè)計方案，降低開發(fā)成本并加快產(chǎn)品更新速度。此外，3D打印還能滿足人形機器人的個性化定制需求，從核心零部件到外觀件，均可根據(jù)特定任務(wù)量身打造輕質(zhì)高強度部件。正如Atlas機器人通過3D打印開發(fā)集成18個閥門的歧管HPU，實現(xiàn)了高性能液壓動力系統(tǒng)，其小巧輕便、響應(yīng)迅速的閥門為關(guān)節(jié)精準控制提供了保障。

通過3D打印快速制造的PEEK材料人形機器人部件 來源：一邁智能

當前，人形機器人正從工業(yè)制造、商用服務(wù)等B端場景，逐步向家庭服務(wù)、醫(yī)療護理、教育等民用領(lǐng)域拓展，但技術(shù)瓶頸、成本高企等問題仍制約著其大規(guī)模商業(yè)化。3D打印技術(shù)與人形機器人高智能化、高性能化的發(fā)展趨勢高度契合，不僅在現(xiàn)有應(yīng)用場景中持續(xù)優(yōu)化機器人性能，更有望為電機、減速器等核心部件的技術(shù)迭代提供新路徑。隨著3D打印設(shè)備幅面擴大、效率提升，以及新型打印材料的不斷涌現(xiàn)，其在人形機器人領(lǐng)域的應(yīng)用將更加深入廣泛。

未來，3D打印將繼續(xù)作為人形機器人升級迭代的核心賦能者，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能強化、成本控制等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。兩者的深度融合不僅將推動人形機器人產(chǎn)業(yè)突破發(fā)展瓶頸，加速商業(yè)化落地進程，也將為3D打印行業(yè)開辟新的成長空間，構(gòu)建起技術(shù)協(xié)同、產(chǎn)業(yè)聯(lián)動的良性發(fā)展生態(tài)。

參考來源:

各企業(yè)官網(wǎng)

民生證券《人形機器人材料需求系列報告之二3D打印賦能人形機器人升級迭代》