JP2016056417A - Metal powder recovering/supplying system and producing method of metal powder sintered product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SLM(Selective Laser Melting)等の金属粉末焼結造形に際し、これに用いられる金属粉末を回収し、再供給する金属粉末回収供給システム及び回収された金属粉末を用いる金属粉末焼結造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal powder sinter molding using SLM (Selective Laser Melting) or the like, and a metal powder recovery and supply system for recovering and re-supplying the metal powder used in the metal powder sinter modeling and the recovered metal powder. The present invention relates to a method for manufacturing a product.
従来、上面に開口を有する箱形の造形ステージに収容された金属粉末に対し、該造形ステージの上方からレーザ光を照射して焼結させることにより所定の形状に造形する技術が知られており、SLM(Selective Laser Melting)と呼ばれている。 Conventionally, there has been known a technique for shaping a metal powder contained in a box-shaped shaping stage having an opening on the upper surface into a predetermined shape by irradiating and sintering a laser beam from above the shaping stage. , Called SLM (Selective Laser Melting).
前記SLMでは、形成された造形物を取り出すには、その周囲を埋めている未焼結の金属粉末を回収する必要があり、該金属粉末を回収する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the SLM, in order to take out a formed object, it is necessary to collect unsintered metal powder filling the periphery thereof, and a technique for recovering the metal powder has been proposed (for example, Patent Documents). 1).
前記金属粉末は高価であるので、回収された未焼結の金属粉末は前記造形ステージに戻して再利用することが望まれる。 Since the metal powder is expensive, it is desired that the recovered unsintered metal powder is returned to the modeling stage and reused.
しかしながら、回収された未焼結の金属粉末には、レーザ光を照射する際に発生するヒューム(金属蒸気の凝集物)やスパッタ(金属微粒子)が不純物として含まれており、そのままでは再利用に供することができないという不都合がある。ここで、前記ヒュームは容易に発火する虞があり、前記スパッタは金属粉末焼結造形に用いる金属粉末としては過大な粒子を形成することがある。 However, the recovered unsintered metal powder contains fumes (aggregates of metal vapor) and spatter (metal fine particles) that are generated when laser light is irradiated, and can be reused as they are. There is an inconvenience that it cannot be provided. Here, the fumes may easily ignite, and the sputtering may form excessive particles as metal powder used for metal powder sintering.
本発明は、かかる不都合を解消して、金属粉末焼結造形における未焼結の金属粉末を回収し、ヒューム及びスパッタを分離除去した後、該金属粉末のみを供給することができる金属粉末回収供給システム及び該システムにより供給される金属粉末を用いる金属粉末焼結造形物の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention eliminates such inconveniences, collects unsintered metal powder in metal powder sintered modeling, separates and removes fume and spatter, and then supplies only the metal powder. It is an object of the present invention to provide a system and a method for producing a sintered metal powder model using a metal powder supplied by the system.
本発明は、上面に開口を有する箱形の造形ステージに収容された金属粉末を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形する際に、該造形ステージから未焼結の金属粉末を回収して、該造形ステージに供給する金属粉末焼結造形用金属粉末の回収供給システムであって、該造形ステージから未焼結の金属粉末、ヒューム、スパッタ及び該造形ステージ内の気体を吸引する吸引手段と、該吸引手段により吸引された金属粉末及び該スパッタと、該ヒューム及び該気体とを分離する第1の分離手段と、該第1の分離手段により分離されたヒュームを貯留する貯留手段と、該第1の分離手段により分離された金属粉末及び該スパッタから該金属粉末を分離する第2の分離手段と、該第2の分離手段により分離された金属粉末を空気流により搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送された金属粉末を該空気流から分離する第3の分離手段と、該第3の分離手段により分離された金属粉末を該造形ステージに供給する供給手段とを備えることを特徴とする。 The present invention collects unsintered metal powder from the modeling stage when the metal powder contained in the box-shaped modeling stage having an opening on the upper surface is selectively sintered to form a predetermined shape. A metal powder collection and supply system for sintering metal powder to be supplied to the modeling stage, which sucks unsintered metal powder, fumes, spatter and gas in the modeling stage from the modeling stage. Means, first separation means for separating the metal powder sucked by the suction means and the sputter, the fumes and the gas, and storage means for storing the fumes separated by the first separation means. The metal powder separated by the first separation means, the second separation means for separating the metal powder from the sputter, and the metal powder separated by the second separation means are conveyed by an air flow Conveying means, third separating means for separating the metal powder conveyed by the conveying means from the air flow, and supplying means for supplying the metal powder separated by the third separating means to the modeling stage It is characterized by providing.
前記金属粉末焼結造形は、上面に開口を有する箱形の造形ステージに収容された金属粉末を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形する。このとき、焼結された造形物の周囲には未焼結の金属粉末が存在するが、該金属粉末には、前記焼結の際に発生したヒュームやスパッタが含まれている。 In the metal powder sintering modeling, a metal powder accommodated in a box-shaped modeling stage having an opening on the upper surface is selectively sintered to form a predetermined shape. At this time, unsintered metal powder exists around the sintered shaped object, and the metal powder contains fumes and spatters generated during the sintering.
そこで、本発明のシステムでは、まず、吸引手段により造形ステージから未焼結の金属粉末と、それに含まれるヒューム及びスパッタとを吸引する。また、このようにすると、造形ステージ内の気体も同時に吸引することになる。 Therefore, in the system of the present invention, first, the unsintered metal powder and the fumes and spatters contained therein are sucked from the modeling stage by the suction means. In this way, the gas in the modeling stage is also sucked at the same time.
次に、第1の分離手段において、吸引手段により吸引された金属粉末及びスパッタと、ヒューム及び気体とを分離する。次いで、ヒュームは貯留手段に貯留される。一方、第1の分離手段により分離された金属粉末及びスパッタについては、第2の分離手段において金属粉末が分離される。 Next, in the first separation means, the metal powder and sputters sucked by the suction means are separated from the fume and gas. Next, the fumes are stored in the storage means. On the other hand, for the metal powder and spatter separated by the first separation means, the metal powder is separated by the second separation means.
前記第2の分離手段で分離された金属粉末は、搬送手段により空気流を介して搬送され、第3の分離手段において該空気流から該金属粉末が分離される。そして、前記供給手段により該金属粉末が造形ステージに供給される。 The metal powder separated by the second separation means is conveyed by the conveying means via an air flow, and the metal powder is separated from the air flow by the third separation means. Then, the metal powder is supplied to the modeling stage by the supply means.
以上のように、本発明のシステムによれば、造形ステージから回収された未焼結の金属粉末からヒューム及びスパッタ等の不純物を除去した後、該金属粉末のみを再び造形ステージに供給することができる。従って、高価な金属粉末焼結造形用金属粉末を無駄にすることなく、金属粉末焼結造形に有効に用いることができる。 As described above, according to the system of the present invention, after removing impurities such as fume and spatter from the unsintered metal powder recovered from the modeling stage, only the metal powder can be supplied to the modeling stage again. it can. Therefore, expensive metal powder for sintering sintering modeling can be effectively used for sintering metal powder molding without wasting it.
本発明の金属粉末回収供給システムにおいて、前記搬送手段は、前記空気流を供給する送風手段と、該送風手段から前記第3の分離手段を経て該送風手段に戻る循環回路と、該循環回路の途中に前記第2の分離手段により分離された該金属粉末を供給する供給手段とを備えることが好ましい。 In the metal powder recovery and supply system of the present invention, the conveying means includes a blowing means for supplying the air flow, a circulation circuit returning from the blowing means to the blowing means through the third separation means, It is preferable to include supply means for supplying the metal powder separated by the second separation means in the middle.
前記第2の分離手段により分離された金属粉末はヒュームを含まないので、前記搬送手段は、該金属粉末を前記送風手段により供給される空気流により前記第3の分離手段まで安全に搬送することができる。また、前記循環回路を設けることにより、前記送風手段により供給される空気流が再び該送風手段に流入することとなり、該送風手段による該空気流の供給を容易にすることができる。 Since the metal powder separated by the second separating means does not contain fume, the conveying means safely conveys the metal powder to the third separating means by the air flow supplied by the blowing means. Can do. Further, by providing the circulation circuit, the air flow supplied by the air blowing means flows again into the air blowing means, and the air flow can be easily supplied by the air blowing means.
また、本発明の回収供給システムにおいて、前記搬送手段は導電性材料により構成されていることが好ましい。 In the collection and supply system of the present invention, it is preferable that the transport means is made of a conductive material.
前記搬送手段を硬質塩化ビニル等の合成樹脂により構成すると、前記金属粉末が該合成樹脂に接触することにより静電気を帯び、該静電気の放電により電気機器を損傷する虞がある。そこで、前記搬送手段を導電性材料により構成することにより、静電気の発生を防止して、金属粉末を安全に搬送することができる。 If the conveying means is made of a synthetic resin such as hard vinyl chloride, the metal powder is charged with static electricity when it comes into contact with the synthetic resin, and there is a risk of damaging electrical equipment due to the discharge of the static electricity. Therefore, by forming the transport means with a conductive material, it is possible to prevent the generation of static electricity and transport the metal powder safely.
また、本発明の回収供給システムにおいて、前記貯留手段は、前記ヒュームを不燃化する不燃化剤を供給する不燃化剤供給手段と、前記気体から該ヒューム及び該不燃化剤を分離する第4の分離手段と、該第4の分離手段により分離されたヒューム及び不燃化剤を貯留する貯留槽とを備えることが好ましい。 In the collection supply system of the present invention, the storage means includes a non-combustible agent supply means for supplying a non-combustible agent for making the fumes incombustible, and a fourth means for separating the fumes and the non-combustible agent from the gas. It is preferable to include a separation unit and a storage tank that stores the fumes and the incombustible agent separated by the fourth separation unit.
前記貯留手段によれば、前記不燃化剤供給手段により供給される前記不燃化剤を前記ヒュームに混合した後、前記第4の分離手段において前記気体から該ヒューム及び該不燃化剤を分離し、分離されたヒューム及び不燃化剤を前記貯留槽に貯留する。従って、前記貯留手段は、発火性を有するヒュームを確実に不燃化して貯留することができる。 According to the storage means, after the flame retardant supplied by the flame retardant supply means is mixed with the fume, the fume and the flame retardant are separated from the gas in the fourth separation means, The separated fume and incombustible agent are stored in the storage tank. Therefore, the storage means can reliably store inflammable fumes.
本発明の金属粉末焼結造形物の製造方法は、上面に開口を有する箱形の造形ステージに収容された金属粉末を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形する金属粉末焼結造形物の製造方法において、該造形ステージから未焼結の金属粉末、ヒューム、スパッタ及び該造形ステージ内の気体を吸引する工程と、吸引された金属粉末及びスパッタとヒューム及び気体とを分離する工程と、分離されたヒュームを貯留する工程と、分離された金属粉末及びスパッタから金属粉末を分離する工程と、分離された金属粉末を空気流により搬送し、搬送された金属粉末を該空気流から分離して、該造形ステージに供給する工程と、該造形ステージに供給された金属粉末を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形することを特徴とする。 The method for producing a metal powder sintered model according to the present invention is a metal powder sintered model that forms a predetermined shape by selectively sintering metal powder contained in a box-shaped modeling stage having an opening on the upper surface. In a manufacturing method of an object, a step of sucking unsintered metal powder, fume, spatter and gas in the modeling stage from the modeling stage, and a step of separating the sucked metal powder, sputter, fume and gas , Storing the separated fume, separating the metal powder from the separated metal powder and spatter, transporting the separated metal powder by an air flow, and separating the transported metal powder from the air flow And it is characterized by shape | molding to a defined shape by selectively sintering the process supplied to this modeling stage, and the metal powder supplied to this modeling stage.
前述のように、本発明の金属粉末回収供給システムによれば、前記造形ステージから回収された未焼結の金属粉末からヒューム及びスパッタ等の不純物を除去した後、該金属粉末のみを再び該造形ステージに供給することができる。 As described above, according to the metal powder recovery and supply system of the present invention, after removing impurities such as fume and spatter from the unsintered metal powder recovered from the modeling stage, only the metal powder is again used for the modeling. Can be supplied to the stage.
そこで、本発明の金属粉末焼結造形物の製造方法によれば、前記ヒューム及びスパッタ等の不純物が除去された金属粉末を前記造形ステージに供給して選択的に焼結させ、所定の形状に造形することにより、金属粉末焼結造形物を得ることができる。 Therefore, according to the method for producing a sintered metal powder model of the present invention, the metal powder from which impurities such as fume and spatter are removed is supplied to the modeling stage and selectively sintered to obtain a predetermined shape. A metal powder sintered model can be obtained by modeling.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態の金属粉末焼結造形用金属粉末の回収供給システム1は、上面に開口を備え、金属粉末2を収容する箱形の造形ステージ3を備えている。造形ステージ3には、未焼結の金属粉末2と、金属粉末2に含まれるヒューム及びスパッタと、造形ステージ3内の気体とを吸引する吸引手段としての吸引ノズル4が設けられ、吸引ノズル4は吸引導管5に接続されている。
As shown in FIG. 1, a metal powder collection and supply system 1 for metal powder sintering modeling of the present embodiment includes a box-shaped modeling stage 3 that has an opening on the upper surface and accommodates
吸引導管5は、金属粉末2及び前記スパッタと前記ヒューム及び前記気体とを分離する第1の分離手段としての第1サイクロン6を介して、該第1サイクロン6の上方に配設された吸引ブロワ7に接続されている。吸引ブロワ7の下流には、ヒューム搬送導管8が配設され、ヒューム搬送導管8は、ヒュームを貯留する貯留手段としての貯留槽9に接続されている。
The
上記第1サイクロン6の下方には、金属粉末2及び前記スパッタを貯留するメインタンク10が配設され、メインタンク10は、その下部にメインバルブ11を備えている。メインバルブ11の下方には、金属粉末2及び前記スパッタから金属粉末2を分離する第2の分離手段としてのフィルタ装置12が配設されている。
A
フィルタ装置12の下方には、送風手段としての送風ブロワ13により供給される空気流によって金属粉末2を搬送する搬送手段としての金属粉末搬送導管14が配設されている。金属粉末搬送導管14は、金属粉末2を前記空気流から分離する第3の分離手段としての第2サイクロン15に接続され、該第2サイクロン15の上方から取出される空気流を送風ブロワ13に循環させる循環回路を形成している。
Below the
第2サイクロン15の下方には、前記空気流から分離された金属粉末2を貯留するサブタンク16が配設され、サブタンク16は、その下部にサブバルブ17を備えている。サブバルブ17の下方には、金属粉末2を造形ステージ3に供給する第1の供給手段としてのホッパ18が配設されている。
A
造形ステージ3は、その中に収容している金属粉末2を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形する装置である。金属粉末2の選択的焼結は、例えばSLMにより行うことができる。この場合、造形ステージ3は、開口の上方にレーザ光を照射するスキャナ(図示せず)を備えている。
The modeling stage 3 is an apparatus that forms a predetermined shape by selectively sintering the
前記ヒューム搬送導管8は、貯留槽9の上流側に水酸化カルシウム等の不燃化剤を供給する不燃化剤供給手段としての不燃化剤供給装置19を備えている。また、貯留槽9は、ヒューム搬送導管8に流通される気体からヒューム及び不燃化剤を分離する第4の分離手段としての集塵機(図示せず)を内蔵している。
The fume transport conduit 8 includes a non-combustible
貯留槽9の下流側には、ヒューム搬送導管8に流通される気体を大気に開放する気体開放導管20aと、該気体を造形ステージ3に循環させる気体循環導管20bとが接続され、気体開放導管20aと気体循環導管20bとは、貯留槽9に設けられた切替バルブ等の切替手段により、貯留槽9内から両導管のどちらかに通じるように切替自在とされている。
On the downstream side of the
フィルタ装置12は、メインバルブ11から供給される金属粉末2とスパッタのうち金属粉末2のみを通過させるフィルタ21と、これを通過した金属粉末2を受ける受け皿22とを備える。受け皿22の下方には、フィルタ21及び受け皿22に振動を付与するフィーダ23が配設されており、該振動により金属粉末2及び前記スパッタをメインバルブ11から離間させる方向に移動させる。
The
フィルタ21のメインバルブ11から離間する方向の端部には、フィルタ21により分離されたスパッタを収容する残渣容器24が配設されている。また、受け皿22のメインバルブ11から離間する方向の端部には、金属粉末2を送風ブロワ13の下流側で金属粉末搬送導管14に供給する第2の供給手段としての連絡管25が配設されている。金属粉末2は、自重により連絡管25を通って金属粉末搬送導管14に落下する。
At the end of the
尚、フィルタ21は、目開き100〜150μmの範囲のメッシュであり、上面には目詰まり防止のための超音波振動子26を備えている。
The
次に、本実施形態の金属粉末回収供給システム1の作動について説明する。 Next, the operation of the metal powder collection and supply system 1 of the present embodiment will be described.
まず、造形ステージ3に収容されている金属粉末2を、例えばSLMにより選択的に焼結させることにより所定の形状に造形する。金属粉末2としては、マルエージング鋼等の鉄系合金の粉末を用いることができ、さらに適切な雰囲気を選択することによりアルミニウム、チタン等の粉末を用いることもできる。
First, the
金属粉末2を上記のようにして選択的に焼結させると、焼結のための熱によりヒューム及びスパッタが発生する。この結果、造形物の形成後の造形ステージ3には、未焼結の金属粉末2と、前記ヒューム及びスパッタとが存在している。
When the
そこで、造形物を取り出すために、吸引ブロワ7を作動させ、吸引ノズル4及び吸引導管5を介して、未焼結の金属粉末2と、前記ヒューム及び前記スパッタと、造形ステージ3内の気体とを吸引する。吸引導管5は、第1サイクロン6に接続されているので、第1サイクロン6で金属粉末2及びスパッタと、ヒューム及び気体とに分離される。
Therefore, in order to take out the modeled object, the suction blower 7 is operated, and the
次に、第1サイクロン6で分離されたヒューム及び気体は、ヒューム搬送導管8を介して貯留槽9に搬送され、その途中で不燃化剤供給装置19から水酸化カルシウム等の不燃化剤が添加されることにより、ヒュームが不燃化される。ヒューム及び不燃化剤は、貯留槽9に内蔵されている図示しない集塵機により前記気体から分離され、貯留槽9内に貯留される。
Next, the fumes and gas separated by the
一方、前記気体は、例えば空気である場合には、気体開放導管20aから大気開放してもよく、例えば窒素等の不活性気体である場合には、気体循環導管20bにより造形ステージ3に循環させるようにしてもよい。また、前記気体として窒素が大量に使用できる場合には、空気と同様に窒素を気体開放導管20aから大気開放してもよい。
On the other hand, when the gas is air, for example, the gas may be released from the
次に、第1サイクロン6で分離された金属粉末2及びスパッタは、一旦メインタンク10に貯留された後、所望によりメインバルブ11を介して取出され、フィルタ装置12に供給される。フィルタ装置12に供給された金属粉末2及びスパッタは、フィーダ23により付与される振動によりフィルタ21上を移動しつつ、金属粉末2のみがフィルタ21を通過して受け皿22上に落下する。
Next, the
フィルタ21上に残されたスパッタは、フィーダ23により付与される振動によりフィルタ21上を移動し、フィルタ21の端部下方に配設された残渣容器24に収容され、廃棄される。一方、受け皿22上に落下した金属粉末2は、フィーダ23により付与される振動により受け皿22上を移動し、受け皿22の端部に配設された連絡管25を介して、金属粉末搬送導管14に供給される。
The spatter remaining on the
金属粉末搬送導管14に供給された金属粉末2は、送風ブロワ13により金属粉末搬送導管14に供給される空気流により第2サイクロン15に搬送される。このとき、金属粉末搬送導管14は、導電性材料で構成されていることにより、金属粉末2との接触による静電気の発生を防止することができる。
The
金属粉末2は、第2サイクロン15で該空気流から分離され、一旦サブタンク16に貯留された後、所望によりサブバルブ17を介して取出され、ホッパ18から造形ステージ3に供給される。
The
本実施形態の金属粉末焼結造形用の金属粉末回収供給システム1によれば、上述のように、造形ステージ3から回収された未焼結の金属粉末2からヒューム及びスパッタを効率よく除去し。金属粉末2のみを造形ステージ3に供給することができる。
According to the metal powder collection and supply system 1 for metal powder sintering modeling of this embodiment, as described above, fumes and spatter are efficiently removed from the
また、本実施形態の金属粉末焼結造形物の製造方法によれば、上記の造形ステージ3に供給される金属粉末2を、例えばSLMにより選択的に焼結させることにより所定の形状に造形することができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the metal powder sintered modeling thing of this embodiment, the
1…回収供給システム、 2…金属粉末、 3…造形ステージ、 4…吸引ノズル、 6…第1サイクロン、 9…貯留槽、 12…フィルタ装置、 14…金属粉末搬送導管、 15…第2サイクロン、 18…ホッパ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Recovery supply system, 2 ... Metal powder, 3 ... Modeling stage, 4 ... Suction nozzle, 6 ... 1st cyclone, 9 ... Storage tank, 12 ... Filter apparatus, 14 ... Metal powder conveyance conduit, 15 ... 2nd cyclone, 18 ... Hopper.
Claims (5)
該造形ステージから未焼結の金属粉末、ヒューム、スパッタ及び該造形ステージ内の気体を吸引する吸引手段と、
該吸引手段により吸引された金属粉末及び該スパッタと、該ヒューム及び該気体とを分離する第1の分離手段と、
該第1の分離手段により分離されたヒュームを貯留する貯留手段と、
該第1の分離手段により分離された金属粉末及び該スパッタから該金属粉末を分離する第2の分離手段と、
該第2の分離手段により分離された金属粉末を空気流により搬送する搬送手段と、
該搬送手段により搬送された金属粉末を該空気流から分離する第3の分離手段と、
該第3の分離手段により分離された金属粉末を該造形ステージに供給する供給手段とを備えることを特徴とする金属粉末回収供給システム。 When forming a predetermined shape by selectively sintering metal powder accommodated in a box-shaped modeling stage having an opening on the upper surface, the unsintered metal powder is recovered from the modeling stage, A metal powder recovery and supply system for supplying to a modeling stage,
Suction means for sucking unsintered metal powder, fume, spatter and gas in the modeling stage from the modeling stage;
First separation means for separating the metal powder sucked by the suction means and the sputter from the fumes and the gas;
Storage means for storing the fumes separated by the first separation means;
Metal powder separated by the first separation means and second separation means for separating the metal powder from the sputter;
Conveying means for conveying the metal powder separated by the second separating means by an air flow;
Third separation means for separating the metal powder conveyed by the conveyance means from the air flow;
A metal powder recovery and supply system comprising: a supply means for supplying the metal powder separated by the third separation means to the modeling stage.
該造形ステージから未焼結の金属粉末、ヒューム、スパッタ及び該造形ステージ内の気体を吸引する工程と、
吸引された金属粉末及び該スパッタと、該ヒューム及び該気体とを分離する工程と、
分離されたヒュームを貯留する工程と、
分離された金属粉末及び該スパッタから該金属粉末を分離する工程と、
分離された金属粉末を空気流により搬送し、搬送された金属粉末を該空気流から分離して、該造形ステージに供給する工程と、
該造形ステージに供給された金属粉末を選択的に焼結させることにより所定の形状に造形することを特徴とする金属粉末焼結造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the metal powder sintered model that is shaped into a predetermined shape by selectively sintering the metal powder accommodated in the box-shaped modeling stage having an opening on the upper surface,
A step of sucking unsintered metal powder, fumes, sputtering and gas in the modeling stage from the modeling stage;
Separating the sucked metal powder and the sputter from the fumes and the gas;
Storing separated fumes; and
Separating the metal powder from the separated metal powder and the sputter; and
A step of conveying the separated metal powder by an air flow, separating the conveyed metal powder from the air flow, and supplying it to the modeling stage;
A method for producing a sintered metal powder model, wherein the metal powder supplied to the modeling stage is selectively sintered to form a predetermined shape.
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