摘要
3D打印高强铝合金技术为机器人轻量化带来突破性进展。通过使用特种铝合金材料，机器人部件在保持结构强度的同时可实现30%以上的减重效果。该技术采用选择性激光熔化工艺，能够制造复杂拓扑结构的一体化部件，集成内部散热通道等功能特征。随着材料成本持续下降和规模化生产能力提升，3D打印高强铝合金在机器人关节、骨架等关键部位的应用前景广阔，将显著提升机器人的运动效率和续航能力，推动机器人技术向更轻量化、高性能方向发展。
产品介绍
在机器人的世界里，重量就是灵活性的天敌。而一款获得空客授权的高强铝合金材料，正通过3D打印技术帮助机器人实现减重超过30%，突破运动性能的瓶颈。
在中体新材的展台上，一个机器人小腿结构件吸引众多观众驻足。这个尺寸为87.14*121.31*468.78mm的部件，与传统制造零件相比重量减轻了30%以上，同时保持着良好的结构强度。
这得益于一种名为Scalmalloy的高强铝合金材料，它由空客集团旗下APWorks授权生产，抗拉强度超过520MPa，屈服强度达490MPa，延伸率约10%。
01 机器人轻量化的挑战
随着人工智能与机器人技术不断发展，人形机器人的复杂结构对精度、轻量化和功能性提出了很高要求。传统制造工艺如CNC加工在应对复杂结构时往往面临成本高、周期长等问题。
特别是对于需要高强度运动的部位如关节、手臂和腿部，如何在保证结构强度的同时大幅降低部件重量，成为机器人设计领域的重要课题。重量减轻意味着更低的能耗、更好的运动效率和更长的使用寿命。
机器人轻量化设计可提升其灵活性、延长使用寿命并降低运维成本。这需要通过创新材料和制造工艺来实现，而3D打印高强铝合金正是应对这一挑战的有效方案。
02 高强铝合金的性能特点
中体新材的高强铝合金Scalmalloy是目前国内获得空客官方授权的材料。这款材料具有良好的力学性能，经过热处理后，抗拉强度可超过520MPa，屈服强度达490MPa，延伸率约10%。
与传统7系铝合金相比，Scalmalloy的力学性能提升了40%以上。其密度较钛合金降低60%，对于同类型材料，采用3D打印相较于传统机加工，可实现30%以上的减重，做到减重不降强。
该材料还具有不错的阳极氧化效果，表面处理光滑，既满足结构强度要求，又显著减轻重量，为机器人轻量化提供了可行方案。这意味着机器人部件不仅在性能上表现良好，在外观上也较为精美。
03 3D打印技术的应用价值
3D打印技术作为一种通过逐层堆叠材料来构建三维实体的制造方式，为机器人制造带来了新的变化。它以数字模型文件为基础，将物体“切片”为薄层后，利用金属粉末等材料逐层累积成型。
这种技术无需传统模具或机械加工即可直接生成复杂结构的实物，适合制造机器人领域的复杂关节结构、轻量化部件以及精度要求较高的传感器外壳。
选择性激光熔化（SLM）技术可实现复杂拓扑优化结构的一体成型。例如，人形机器人手指关节通过内部点阵设计，在保证载荷强度的前提下减重30%，并集成内部散热流道，解决电机过热问题。
04 应用案例与性能表现
在实际应用中，高强铝合金3D打印已经展现出明显效果。机器人头部固定件使用铝合金粉CNPC-AlSi10Mg制造，零件尺寸为203.2*148.6*105mm，重量仅278克。
该材料粉末球形度超过90%，流动性较好，支持SLM/EBM等常用工艺，成本降低50%，兼具低密度和高导热性，是轻量化批量生产的可行选择。
Scalmalloy材料适用于机器人手臂、关节、骨架等关键部位，能减轻伺服电机负载，提升运动效率。这对于需要较高精度和速度运动的机器人来说，具有重要价值。
05 材料多样性满足不同需求
除了Scalmalloy外，中体新材还研发了CNPC-AlCe系列高强铝合金以满足不同需求。这些材料密度低、力学性能梯度分明，能根据机器人不同部件的受力需求灵活选用。
承重较小的外壳可选用CNPC-AlCe450，而受力复杂的关节连接件则可选用强度更高的CNPC-AlCe600。这种材料多样性使得设计师可以在机器人的不同部位采用合适的材料，实现有效轻量化设计。
阻燃镁合金粉CNPC-AZX912也是轻量化的选择之一，它具有更轻的重量（密度仅为铝的2/3），比强度高、减震性能好等特性，为轻量化材料提供了更多选择。
06 热管理解决方案
人形机器人在高负荷运行时，电机、减速器及电子元件会产生大量热量，若散热不足将导致性能下降甚至损坏。中体新材的高导热铝合金和高导热铜合金材料与3D打印微通道散热技术提供可行解决方案。
高导热铝合金如CNPC-Al6061Zr、CNPC-Al0407、CNPC-AlSi10Mg(Pro)各具特点。CNPC-Al6061Zr塑性较好（延伸率20%），CNPC-Al0407导电导热性能良好（49%IACS，190W/(m·K)），CNPC-AlSi10Mg(Pro)则具备较高强度（抗拉347MPa，硬度100.3HVI）。
铜合金粉CNPC-CuCrZr具有较高的强度和硬度，导电性、导热性以及耐磨性。采用高导热铜合金打印散热片、热交换器等部件，可提升热量传导效率，适用于电机壳体、关节模组等高温区域，确保长时间稳定运行。
07 产业化进程与成本下降
随着3D打印产业从验证期迈入量产阶段，金属粉末材料的生产规模不断扩大，成本明显降低。以钛粉为例，价格从2024年的600元/千克降至2025年的300元/千克以下，降幅达50%。
这一进展得益于企业的生产工艺升级（如氩气回收技术提升粉末得率）及规模化生产。成本下降直接推动了终端部件经济性提升，使3D打印在机器人制造中的应用更加广泛。
2025年，中体新材新增6条铝合金粉末产线，总产能约1500吨；钛合金方面也新增8条产线，以满足不断增长的市场需求。这表明3D打印金属粉末正在推动行业进入规模化应用的新阶段。
08 未来展望
随着北京、武汉、杭州等地政策支持（如北京设立政府基金支持机器人产业），3D打印与人形机器人的协同发展将拓展制造业边界。当定制化机器人应用更加广泛时，这场由材料与算法驱动的创新，才刚刚拉开序幕。
中体新材在加拿大和德国汉堡建立了仓储中心，通过与客户的合作研发，不断开发新材料，加快产品迭代与市场应用。这表明中国企业在材料研发上正在提升技术水平。
未来，随着材料性能的不断提升和打印技术的进一步完善，3D打印高强铝合金将在机器人、新能源汽车、航空航天等对轻量化要求较高的领域发挥更加重要的作用。
特斯拉Optimus Gen2的脊柱支撑结构与齿轮采用3D打印PEEK材料替代铝合金，整体减重10公斤，运动速度提高30%。这仅仅是开始。
随着国产钛粉价格下降以及规模化生产带来的成本降低，3D打印技术将从实验室走向量产线。未来，定制化机器人可能应用更加广泛，这场由材料与算法驱动的创新正在拓展制造业边界。
