在高校材料学科,传统教学设备往往只能“演示流程”,无法“呈现结果”:学生做完金属热处理,得等实验室老师切样、磨样、抛光、电镜,再排队拍几张显微照片,知识链路被设备瓶颈切成碎片。山东满天星信息科技有限公司把化工、制药领域成熟的AI感知、数字孪生与微缩装置技术迁移到材料课堂,打造新一代“材料教学设备”——一套可放在课桌上的“材料制备-表征-数据分析”闭环系统,让学生45分钟内完成“配方-工艺-组织-性能”全流程,真正体验“造一种新材料,马上看见它强不强”的创客级快感。
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满天星解法:桌面级“材料工坊”+AI在线“性能秒拍”
1. 微缩制备平台:把“大工厂”压进1 m²
桌面热压炉 20 ℃/s极速升降温,最大压力5 kN 可模拟热轧、热压、扩散焊;样品φ20 mm,真实感应加热圈
微注塑机 高分子熔融-注射-保压-冷却全流程 5分钟完成PMMA/PP标准拉伸样条,能耗仅为工业机1%
微型挤出机 配备在线扭矩、熔温、熔压传感器 可模拟纺丝、流延膜工艺,与东华大学共享真实工艺数据库
2. AI表征“秒拍”盒子:性能数据立等可取
硬度秒拍:AI视觉+显微压痕,30秒输出HV值+晶粒尺寸分布;
导电秒拍:四探针+边缘计算,实时绘制I-V曲线,自动计算电阻率;
拉伸秒拍:微型拉力机(5 kN)+高速相机,AI追踪颈缩过程,同步生成应力-应变曲线+断口形貌分类报告;
XRD云拍:校内无需购置XRD,样件放入“云XRD快递盒”,物流到附近共享平台,2小时后手机收到图谱+AI相分析报告。
3. 数字孪生软件:一键预览“工艺-组织-性能”
学生输入“6061铝合金+530 ℃+水淬”,系统3秒内:
显示晶粒尺寸预测图(AI模型基于10万条历史数据训练);
显示硬度直方图与拉伸强度区间;
给出残余应力风险及建议时效工艺。
若对结果不满意,可拖拽调整参数,“预览-修正-再实验”闭环5分钟完成,实现“What-if”创客式探索。
教学流程:45分钟体验“材料诞生记”
配方设计(5 min)
手机扫码选择“目标:高强韧PMMA”,AI推荐“熔体温度220 ℃+模温80 ℃+保压60 MPa”。
微注塑制备(10 min)
桌面注塑机自动完成熔融-注射-保压-冷却,学生透过玻璃观察流动前沿。
在线表征(15 min)
硬度秒拍:AI视觉测量球压痕对角线,输出HV 18.7;
拉伸秒拍:微型拉力机测得σb=72 MPa、断裂伸长率4.3%,同步高速摄像捕捉颈缩。
数据复盘(10 min)
数字孪生界面自动比对“预测-实测”偏差,AI提示:“保压时间不足→内部缩孔→伸长率偏低”;学生当场补注样条,再次验证。
知识沉淀(5 min)
系统把工艺参数+组织性能+AI结论打包成KU(知识单元),写入课程知识图谱,下一届学生可直接调用。
从高校课堂到全民科普,满天星材料教学设备正在开启“人人皆可创造新材料”的创客时代——材料科学,不再高冷,即刻触手可及。
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