Humanoide Roboter haben den Schritt vom Labor in die kommerzielle Massenproduktion geschafft und die Balance zwischen Leichtbauweise und struktureller Festigkeit ist zu einer zentralen Herausforderung geworden.

 
Als metallischer Werkstoff, der geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit vereint, findet Aluminium zunehmend Verwendung in Schlüsselteilen wie Gelenken, Skeletten, Getriebesystemen und Schalen humanoider Roboter.

 
Bis Ende 2024 wird die weltweite Nachfrage nachAluminiumlegierungenin der humanoiden Roboterindustrie ist im Vergleich zum Vorjahr um 62 % gestiegen und ist nach Fahrzeugen mit neuer Energie zu einem weiteren explosiven Feld für Aluminiumanwendungen geworden.

 
Die umfassende Leistungsfähigkeit von Aluminiumlegierungen macht sie zum bevorzugten Metallwerkstoff für humanoide Roboter. Ihre Dichte beträgt nur ein Drittel der von Stahl, doch durch Legierungsverhältnis und Prozessoptimierung kann sie eine mit manchen Stählen vergleichbare Festigkeit erreichen. Beispielsweise kann die spezifische Festigkeit (Festigkeits-Dichte-Verhältnis) von Flugzeugaluminium der 7er-Serie (7075-T6) 200 MPa/(g/cm³) erreichen, was den meisten technischen Kunststoffen überlegen ist und eine gute Wärmeableitung und elektromagnetische Abschirmung bietet.

 
In der Version des Tesla Optimus-Gen2 wurde das Gliedmaßenskelett durch den Einsatz einer Aluminium-Magnesium-Legierung um 15 % reduziert, während die strukturelle Steifigkeit durch topologieoptimiertes Design erhalten blieb. Der Atlas-Roboter von Boston Dynamics nutzt hochfestes Aluminium für die Kniegelenk-Übertragungskomponenten, um den Auswirkungen hochfrequenter Sprünge standzuhalten. Das Kühlsystem des Ubiquitous Walker X besteht zudem aus einer Aluminium-Druckgussschale, die die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium (ca. 200 W/m² K) für ein effizientes Wärmemanagement nutzt.
Derzeit beschleunigt sich die technologische Weiterentwicklung von Aluminium im Bereich humanoider Roboter weiter, und in verschiedenen Gliedern der Industriekette sind zahlreiche Durchbrüche zu verzeichnen:

1. Leistungssprung von hochfestenAluminiumlegierungMaterialien
Nach der Veröffentlichung einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einer Zugfestigkeit von 450 MPa im September 2024 hat die Lizhong Group (300428) im Januar 2025 die Luft- und Raumfahrtzertifizierung für ihre speziell für Roboter entwickelte Aluminiumlegierung der Serie 7xxx erhalten. Dieses Material hat seine Streckgrenze durch Mikrolegierungstechnologie auf 580 MPa erhöht, während eine Dehnungsrate von 5 % beibehalten wurde, und wurde erfolgreich im biomimetischen Kniegelenkmodul von Fourier Intelligence eingesetzt, wodurch das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Titanlegierungslösungen um 32 % reduziert wurde. Das von Mingtai Aluminum Industry (601677) entwickelte Vollaluminium-Säulenkörpermaterial nutzt eine Sprühabscheidungstechnologie, um die Wärmeleitfähigkeit des Kühler-Aluminiummaterials auf 240 W/(m·K) zu erhöhen, und wurde in großen Mengen als Antriebssystem für den humanoiden Roboter H1 von Yushu Technology geliefert.

 
2. Industrieller Durchbruch in der integrierten Druckgusstechnologie
Die von der Wencan Corporation (603348) an ihrem Standort in Chongqing in Betrieb genommene weltweit erste 9800T-Zweiplatten-Superdruckguss-Produktionslinie hat den Herstellungszyklus für humanoide Roboterskelette von 72 auf 18 Stunden verkürzt. Das von dem Unternehmen entwickelte biomimetische Wirbelsäulenskelett wurde durch Topologiedesign optimiert, wodurch die Schweißpunkte um 72 % reduziert, eine Strukturfestigkeit von 800 MPa erreicht und eine Streckgrenze von über 95 % aufrechterhalten wurde. Diese Technologie hat Aufträge von nordamerikanischen Kunden erhalten, und eine Fabrik in Mexiko ist derzeit im Bau. Guangdong Hongtu (002101) hat eine dünnwandige Aluminiumdruckgussschale mit einer Wandstärke von nur 1,2 mm entwickelt, die jedoch eine Schlagfestigkeit von 30 kN erreicht. Diese Schale kommt bei der Brustschutzstruktur des Uber Walker X zum Einsatz.

3. Innovationen in der Präzisionsbearbeitung und Funktionsintegration
Nanshan Aluminum Industry (600219) wird in Zusammenarbeit mit dem National Engineering Center for Light Alloys der Shanghai Jiao Tong University im Februar 2025 nanoverstärkte Verbundwerkstoffe auf Aluminiumbasis auf den Markt bringen. Dieses Material wird durch die Dispersion von Siliziumkarbid-Nanopartikeln verstärkt, wodurch der Wärmeausdehnungskoeffizient auf 8 × 10 ⁻⁶/℃ reduziert wird. Dadurch wird das Problem der Genauigkeitsdrift, das durch ungleichmäßige Wärmeableitung von Servomotoren entsteht, erfolgreich gelöst. Es wurde in die Lieferkette des Tesla Optimus Gen3 eingeführt. Die von Yinbang Co., Ltd. (300337) entwickelte elektromagnetische Abschirmschicht aus Aluminium-Graphen-Verbundwerkstoff hat eine Abschirmeffizienz von 70 dB im 10-GHz-Frequenzband und ist nur 0,25 mm dick. Sie wird auf dem Kopfsensor-Array des Boston Dynamics Atlas verwendet.

 
4. Durchbruch bei der CO2-armen Recycling-Aluminiumtechnologie
Die neu errichtete Produktionslinie zur Reinigung von recyceltem Aluminium in Elektronikqualität der Aluminum Corporation of China (601600) kann den Kupfer- und Eisenverunreinigungsgehalt in Aluminiumabfällen auf unter 5 ppm begrenzen und den CO2-Fußabdruck des produzierten recycelten Aluminiums im Vergleich zu Primäraluminium um 78 % reduzieren. Diese Technologie ist nach dem EU-Schlüsselrohstoffgesetz zertifiziert und soll Zhiyuan-Roboter ab dem zweiten Quartal 2025 mit LCA-konformen (Full-Lifecycle) Aluminiummaterialien versorgen.

5. Interdisziplinäre Technologieintegration und -anwendung
Im Zuge der Erweiterung der Luft- und Raumfahrtszenarien wurde die von Beijing Iron Man Technology entwickelte biomimetische Wabenstruktur aus Aluminium vom Harbin Institute of Technology verifiziert. Sie reduzierte das Gewicht des zweibeinigen Roboters um 30 % und erhöhte seine Biegesteifigkeit um 40 %. Die Struktur besteht aus 7075-T6-Flugzeugaluminium und erreicht durch biomimetische Konstruktion eine spezifische Steifigkeit von 12 GPa · m³/kg. Sie soll im Wartungsroboter der Raumstation eingesetzt werden, der im vierten Quartal 2025 gestartet wird.

 
Diese technologischen Durchbrüche führen dazu, dass der Einzelmaschinenverbrauch von Aluminium in humanoiden Robotern von 20 kg/Einheit im Jahr 2024 auf 28 kg/Einheit im Jahr 2025 ansteigt. Auch der Premiumpreis für hochwertiges Aluminium ist von 15 % auf 35 % gestiegen.

 
Mit der Umsetzung der „Leitlinien zur innovativen Entwicklung der humanoiden Roboterindustrie“ durch das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie wird die Innovation von Aluminiumwerkstoffen in den Bereichen Leichtbau und Funktionsintegration weiter beschleunigt. Im Juli 2024 veröffentlichte das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie die „Leitlinien zur innovativen Entwicklung der humanoiden Roboterindustrie“. Darin wurde das Ziel, „leichte Materialien und Präzisionsfertigungsverfahren zu revolutionieren“, klar formuliert und die Präzisionsumformungstechnologie für Aluminiumlegierungen in die Liste der wichtigsten Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte aufgenommen.

 
Auf lokaler Ebene wird Shanghai im November 2024 einen Sonderfonds in Höhe von 2 Milliarden Yuan einrichten, um die Forschung und Industrialisierung von Kernmaterialien für humanoide Roboter, darunter Hochleistungsaluminiummaterialien, zu unterstützen.

 
Im akademischen Bereich wurde die vom Harbin Institute of Technology und dem China Aluminum Research Institute gemeinsam entwickelte „biomimetische Aluminiumwabenstruktur“ im Januar 2025 validiert. Diese Struktur kann das Gewicht des Robotertorsos um 30 % reduzieren und gleichzeitig die Biegesteifigkeit um 40 % verbessern. Die damit verbundenen Errungenschaften befinden sich in der Phase der Patentierung.

Laut dem GGII Institute of Robotics wird der weltweite Aluminiumverbrauch für humanoide Roboter im Jahr 2024 rund 12.000 Tonnen betragen, was einem Marktvolumen von 1,8 Milliarden Yuan entspricht. Geht man davon aus, dass der Aluminiumverbrauch eines einzelnen humanoiden Roboters 20–25 kg beträgt (was 30–40 % des Gesamtgewichts der Maschine entspricht), steigt der Aluminiumbedarf bei einer geschätzten weltweiten Auslieferung von fünf Millionen Einheiten bis 2030 auf 100.000–125.000 Tonnen, was einem Marktvolumen von rund 15–18 Milliarden Yuan entspricht und einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 45 % entspricht.

 
Was den Preis betrifft, ist der Aufschlag für hochwertige Aluminiummaterialien für Roboter (wie Aluminiumplatten in Luftfahrtqualität und Aluminiumdruckguss mit hoher Wärmeleitfähigkeit) seit der zweiten Jahreshälfte 2024 von 15 % auf 30 % gestiegen. Der Stückpreis einiger kundenspezifischer Produkte übersteigt 80.000 Yuan/Tonne und liegt damit deutlich über dem Durchschnittspreis für industrielle Aluminiummaterialien (22.000 Yuan/Tonne).

 
Da humanoide Roboter jährlich um über 60 % iterieren, verlagert sich Aluminium mit seiner ausgereiften industriellen Kette und kontinuierlich optimierten Leistung von der traditionellen Fertigung in den Bereich der hohen Wertschöpfung. Laut dem Toubao Research Institute wird der chinesische Aluminiummarkt für Roboter zwischen 2025 und 2028 40 bis 50 % des Weltmarktanteils ausmachen. Technologische Durchbrüche lokaler Unternehmen in den Bereichen Präzisionsformung, Oberflächenbehandlung und anderen Bereichen werden dabei zu den wichtigsten Gewinnern und Verlierern zählen.