中國粉體網訊 3D打印技術（又稱增材制造）是一種通過逐層堆疊材料來構建三維實體的創新制造方式。它以數字模型文件為基礎，將物體“切片”為薄層后，利用金屬粉末、樹脂、塑料或陶瓷等材料，通過熔融沉積（FDM）、光固化（SLA/DLP）、選擇性激光燒結（SLS）等工藝逐層累積成型，無需傳統模具或機械加工即可直接生成復雜結構的實物。
人形機器人作為機器人領域的前沿方向，其核心部件對精度、輕量化和功能性提出了極高要求。傳統制造工藝在應對復雜結構時往往面臨成本高、周期長等問題，而3D打印技術憑借其靈活性和高效性，能夠快速制造出復雜的關節結構、輕量化部件以及高精度的傳感器外殼，顯著提升人形機器人的性能與可靠性，為機器人制造提供新可能。
輕量化與高性能：3D打印材料的核心突破
人形機器人的運動效率、能耗控制與動態穩定性高度依賴材料的輕量化與功能集成。傳統制造工藝（如CNC加工、注塑）在復雜結構一體化和減重設計上存在瓶頸，而3D打印技術通過材料創新與結構設計革新，提供了系統性解決方案。
1. 金屬粉末：輕量化骨架的基石
鈦合金（Ti6Al4V）和鋁合金（AlSi10Mg）憑借高比強度、優異的耐腐蝕性及生物相容性，成為機器人承重結構（如胸骨、關節連接件）的首選。鈦合金密度（4.5 g/cm³）僅為鋼的57%，但強度相當；鋁合金（2.7 g/cm³）則進一步降低重量，同時保持良好導熱性。
鉑力特鈦合金粉末 圖源：鉑力特官網
國產鈦粉價格從2024年的600元/千克降至2025年的300元/千克以下，降幅達50%。這一突破得益于威拉里等企業的智能化生產工藝升級（如氬氣回收技術提升粉末得率）及規模化生產。以特斯拉Optimus Gen2為例，其膝關節支撐結構采用3D打印鈦合金，減重42%，同時提升抗沖擊性能。
2. 特種復合材料：動態性能的革新者
博理科技研發的多層蜂窩復合材料（基于TPU彈性體）模仿生物組織的緩沖機制，其蜂窩狀多孔結構可吸收沖擊能量，耐彎折次數超過100萬次，抗撕裂強度達45 MPa，彈性恢復率＞98%。該材料應用于Figure 02的肘關節與膝關節緩沖層，替代傳統金屬限位器，使關節活動自由度提升70%，同時避免金屬部件碰撞損傷。該材料具有以下特點：
輕量化：蜂窩結構孔隙率可調，密度僅為0.6–0.9 g/cm³，比同體積鋁合金輕60%。
散熱強化：多孔結構增大散熱表面積，配合高導熱填料（如氮化硼），導熱效率提升40%，有效降低關節電機工作溫度。
能量回饋：材料在壓縮-回彈過程中可儲存并釋放動能，提高機器人運動能效比。
3. 工程塑料：柔性功能集成的核心
PEEK（聚醚醚酮）性能優勢：密度僅1.3 g/cm³（相當于鎂合金的1/2），拉伸強度100 MPa，耐溫260°C，摩擦系數0.1–0.3（自潤滑性），且具備生物相容性。杭州電子科技大學利用3D打印PEEK制造機器人關節軸承，相比金屬軸承減重50%，耐磨性提升3倍，無需額外潤滑劑。
應用拓展：特斯拉Optimus Gen2的脊柱支撐結構與齒輪采用PEEK替代鋁合金，整體減重10公斤，運動速度提高30%。
技術賦能：從原型設計到量產落地
3D打印正貫穿人形機器人研發全流程：
1. 快速原型迭代
無需開模的特性使設計周期縮短70%。例如“荊楚”人形機器人在2025年2月后短短4個月內完成4次迭代，衍生出服務型與工業型雙線產品，其關節結構的多次優化均依賴3D打印試制。
2. 復雜結構制造
鉑力特的激光選區熔化（SLM）技術可實現復雜拓撲優化結構的一體成型。例如，人形機器人手指關節通過內部點陣設計，在保證載荷強度的前提下減重30%，并集成內部散熱流道，解決電機過熱問題。
3. 功能集成創新
傳感器融合：鉑力特通過3D打印制造全球最小六維力傳感器Photon Finger，將加工周期壓縮至20分鐘/批次，精度提升而成本降低40%。
熱管理設計：利用晶格結構打印的散熱通道集成于電機周邊，解決人形機器人運動中的過熱問題，實測降溫達15℃。
降本增效：產業化進程的核心推力
成本曾是阻礙人形機器人普及的關鍵瓶頸，3D打印從以下方面實現突破：
材料成本下行：鈦粉價格腰斬（從600元/千克→300元/千克），金屬粉末占3D打印總成本17%，降價直接推動終端部件經濟性提升。
工藝精簡增效：銳科激光新型激光器實現高階模抑制，提升打印穩定性；鉑力特通過優化結構設計，實現了零部件一體成形，降低了裝配與加工難度，將加工周期縮短至每批次20分鐘，同時將生產效率提升至每批次15-30個，顯著提升了產品性能。
結語
隨著北京、武漢、杭州等地政策加碼（如北京設立1000億政府基金支持機器人產業），3D打印與人形機器人的“共生進化”將重塑制造業邊界——當定制化機器人像今日手機一樣普及，這場由粉末與算法驅動的革命，才剛剛拉開序幕。
參考來源：
各公司官網、中國粉體網、民生證券
（中國粉體網編輯整理/留白）
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