CN108973111A - 用于制造车辆内饰部件的方法和工具、以及车辆内饰部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造车辆内饰部件的方法和工具、以及车辆内饰部件,该车辆内饰部件具有至少一个功能和/或装饰元件。这里,功能和/或装饰元件优选地由热塑性材料添加制造,并且通常包括结构化表面。制造车辆内饰部件的包括沉积单元和具有弯曲或至少部分结构化的接收表面的接收装置。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于制造具有至少一个功能和/或装饰元件的车辆内饰部件的方法。本申请还涉及一种用于制造车辆内饰部件的工具以及涉及车辆内饰部件。这里,功能和/或装饰元件优选地包括热塑性材料。
背景技术
具有热塑性功能元件或装饰元件的车辆内饰部件通常通过注塑成型方法制造。然而,这具有复杂注塑成型形状的昂贵模具构造的缺点。相比之下,3D打印方法允许通过CAD模型来制造几乎任意的部件形状。例如,文献DE 102014011230 A1公开了一种用于三维添加打印操作的装置,特别是针对通过FDM(熔融沉积造型;熔化分层)打印的大体积部件。然而,已知的3D打印方法具有非常长的周期时间的缺点。特别是,通过3D打印方法制造大部件意味着加工时间长,这不能满足例如其中每年制造很大数量的汽车供应行业的需求。
发明内容
从这种背景技术出发,本发明的目的在于提出一种改进的用于制造车辆内饰部件的方法。本发明的另一个目的是提出一种允许更简单和/或更低成本地制造部件的方法。此外,本发明的目的是提出一种方法,该方法减少了制造具有至少一个功能元件和/或装饰元件的车辆内饰部件的周期时间。此外,本申请的目的是提出一种相应有利的车辆内饰部件以及一种用于制造车辆内饰部件的相应有利的工具。
这些目的分别通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有独立权利要求的特征的车辆内饰部件和工具来实现。有利的进一步发展源于从属权利要求的特征和源于实施示例。
关于所提出的用于制造包括载体部件和塑料元件的车辆内饰部件的方法,首先提供工具。该工具包括用于沉积流体可固化塑料的至少一个沉积单元和具有用于接收载体部件的接收表面的接收装置。载体部件优选地通过允许大量且低成本地制造相对较大部件的方法预先制造。例如,注塑成型属于这些方法。接收表面优选地包括金属,特别优选的是钢。此外,沉积单元和接收单元相对于彼此可移动。沉积单元和/或接收装置可以沿着至少两个、优选地至少三个轴线可移动,和/或围绕至少一个、优选地围绕至少两个轴线可旋转。这里,接收装置通常是静态的,并且沉积单元可以例如借助于工业机器人相对于接收装置在若干轴线上、优选地在五个轴线上可移动。对于接收装置在一个或多个轴线上可移动也是可行的。这里,可移动可以理解为平移和/或旋转移动。
载体部件具有前侧和后侧。载体部件可以是弯曲的。载体部件可以是柔性的。前侧和/或后侧还可以是拱形的和/或弯曲的。此外,载体部件可以包括诸如塑料的材料,特别是PP或ABS,或者由这些材料构成;和/或天然材料,诸如木材;或者金属,诸如铝。替代地或附加地,载体材料可以包括玻璃、石头、织物或纤维材料或由这些材料构成。载体部件可以包括复合材料,例如具有天然纤维的聚丙烯(NFPP)或织物复合材料。
在进一步的加工步骤中,将载体部件以如下方式铺设在接收表面上,使得载体部件的前侧至少局部地位于接收表面上。因此,可以由接收表面保持或支撑所施加的载体部件。接收表面优选地包括凹入部,载体部件插入凹入部中,从而防止滑动。然而,载体部件也可以借助于接收表面的拱形或其他形状和/或借助于真空而定向、定位和/或保持在接收表面上。这里,接收表面的形状优选地至少局部地对应于载体部件的前侧的形状。这里,接收表面通常是弯曲的。这里,弯曲应该理解为不是仅以平面方式延伸的表面,而且可以包括深入部和突起。这些深入部和突起优选地至少局部地对应于载体部件的表面形状。如果该载体部件是弯曲的和/或载体部件包括拱形表面,则载体部件可以以预定方式定位和/或定向在接收表面上。
接收表面可以至少在区域中结构化。特别地,为了形成连接至载体部件的塑料部件,于是可以将流体可固化塑料至少局部地沉积在载体部件的外边缘上并且至少部分地沉积在结构化接收表面上,使得塑料元件包括与结构化接收表面相对应的结构化表面。这里,相对应特别地意味着塑料元件的结构化表面呈现结构化接收表面的负形状,并且由此流体塑料通常负性地(negatively)成形结构化接收表面。这里,结构化表面优选地被设计为模板表面的负片,从而结构化表面的负形状继而与模板表面相对应。
这里,特别地,结构化应该理解为,表面包括开槽、凹槽和/或沟槽形式的深入部,其通常具有至少10μm的深度,优选地最小50μm和/或最大500μm、优选地最大100μm。在将流体可固化塑料沉积到结构化表面上时,塑料渗入到结构化表面的开槽、凹槽和/或沟槽中。在塑料的固化之后,塑料形成结构化表面的固化负片,并且自身包括结构化表面。因此,可以在模板表面上塑造图案、纹理和/或表面粗糙度,并且特别是天然材料(例如木材、石头和/或皮革)的表面可以用作模板表面。由此,可以通过至少一个塑料元件的结构化表面来形成特别装饰性的车辆内饰部件。
在可能的实施例中,穿过载体部件的穿孔和/或通孔可以用塑料元件填充。以这种方式沉积的塑料元件的表面还可以包括如上所述的车辆内饰部件的前侧上的结构化装饰表面。为此,接收表面可以包括上述结构化表面,该结构化表面位于被放置在接收表面上的载体部件的由穿孔或通孔的外边缘外周地邻接的区域中。在将流体可固化塑料沉积到穿孔中或通孔中时,塑料渗入到结构化表面的开槽、凹槽和/或沟槽中。在塑料固化之后,塑料形成结构化表面的固化负片。还可以制造实质地连接到载体部件的框架,并且在车辆内饰部件的前侧上包括承载在载体部件的前侧上的结构化表面。如上所述,通过将流体可固化塑料沉积在接收表面的结构化表面上,形成框架的结构化表面。这种框架是同时具有装饰性的功能元件的典型示例。
流体可固化塑料至少局部地沉积在载体部件表面上,以便生成性地制造与载体部件实质地连接的至少一个塑料元件。载体部件表面例如可以包括和/或是侧表面、边缘和/或后侧。如果载体部件没有以其前侧完全地位于接收表面上,那么流体或可固化塑料沉积在其上的载体表面还可以包括或形成载体部件的前侧的区域。
塑料在其沉积之后固化。这里,固化可以理解为凝固或者也可以理解为通常的硬化或压实。所沉积的塑料可以例如通过冷却、通过溶剂的蒸发、通过两种组分的化学反应、通过聚合(例如通过UV辐射聚合、和/或烧结)而固化。
由塑料元件和载体部件形成的车辆内饰部件可以优选地在塑料固化之后从工具移除。
载体部件可以单独地制造,并且例如可以注速成型。这允许快速制造载体部件。在所提出的方法中,塑料元件被生成性地沉积在载体部件上。由此,所提出的方法具有缩短周期时间的优点。具体而言,与整个车辆内饰部件的生成性制造相比,减少了加工时间。此外,由于塑料件的复杂形状可以生成性地沉积,使得复杂模具构造的成本最小化。塑料元件可以是例如钩件、用于固定车辆内饰部件的突出件、任何保持元件、用于电子器件(例如开关、显示器或灯)的接收元件、框架或其他装饰元件。夹紧连接件、夹具、加强结构和/或拧紧点是其他典型的塑料元件。通过塑料元件固定到载体部件上的这种电子器件和/或其他部件,可以优选地甚至在添加制造该塑料部件/多个塑料部件之前就定位在载体部件中或上。此外,可以设想在载体部件的载体中和/或边缘上的以插塞和/或装饰孔形式的装饰性塑料元件。具体而言,在载体部件的前侧上可见的通孔可以用塑料元件装饰和/或塞住。
塑料元件可以实质地连接到载体部件。具体而言,可以在载体部件的材料与塑料元件的材料之间形成直接实质连接。然而,可以存在例如经由已经被沉积到载体部件上并且塑料元件继而被沉积在其上的一层或多层的间接实质连接。因此,例如,可以将粘合剂至少局部地沉积在载体部件表面上,并且可以将一个或多个塑料元件生成性地沉积在以这种方式形成的具有粘合剂的一个区域或多个区域上。具体而言,这具有还在包括诸如木材或铝的材料的载体部件的区域中能够在塑料元件与载体部件之间形成实质连接的优点。载体部件的表面可以至少局部地被加工,例如通过火焰或等离子体,以便改善塑料元件的粘附性。替代地或附加地,可以通过粗糙化来改善粘合或结合和/或可以使用粘合打底剂。
流体可固化塑料可以以分层方式沉积,特别是通过添加制造方法,例如FDM方法或通过3D打印。这里,流体可固化塑料可以以液滴或股流沉积。
例如可以通过沉积曲折形状股流的流体可固化塑料或通过将多个平行股流的流体可固化塑料沉积在彼此相邻的平面中来实施以分层方式的沉积。当流体可固化塑料以液滴沉积时,首先,液滴可以彼此相邻地沉积在一个平面中,使得在载体上它们可以接合以形成一个或多个股流。液滴可以以如下方式沉积,使得由液滴形成的股流可以具有曲折形状或者可以是平行股流。继而,股流可以以如下方式彼此相邻地布置,使得它们接合以形成层。以这种方式,多个层可以以一层在另一层之上地沉积。流体可固化塑料可以通过所沉积的热流体塑料的热量而不完全地固化或部分地熔化,使得各层和/或液滴和/或股流接合在一起。
在优选实施例中,塑料元件形成框架,该框架至少部分地外周地邻接载体部件。这里,框架在前侧可以包括由上述方法形成的结构化表面。这里,接收表面优选地包括沿载体部件的外边缘延伸的通道,所述载体部件布置在接收表面上。通道的内侧优选地包括结构化表面。流体可固化塑料可以以分层方式沉积在沿着载体部件的外边缘的通道中,从而形成实质地连接到载体部件的框架。流体可固化塑料在这里可以负性地成形结构化表面,使得框架在载体部件的前侧上包括结构化表面。
替代地或附加地,塑料元件也可以布置在载体部件的后侧上。特别是对于设计为保持元件(例如钩件或销)并且在前侧不可见的塑料元件,优选的是将塑料元件布置在载体部件的后侧。
流体可固化塑料通常是热塑性塑料,优选的是聚丙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。流体可固化塑料可以由与载体部件相同的材料构成,或者包括与载体部件相同的材料。具有适当机械特性的塑料优选地应用于保持元件。对于结构化边缘来说,优选的可以是容易流入接收部件的结构化表面中的易流动可固化塑料。
用于制造车辆内饰部件的工具包括用于排出流体可固化塑料的至少一个沉积单元以及用于接收三维载体部件的接收装置。
沉积单元通常包括用于沉积流体可固化塑料的喷嘴和/或挤出头。通常,使用具有固定的圆形出口开口的喷嘴和/或挤出头。流体可固化塑料从喷嘴和/或挤出头离开所经过的出口开口的直径可以是可改变的,例如通过可变光阑(遮闭器)。附加地或替代地,喷嘴和/或挤出头可以具有不同横截面的出口开口,例如,出口开口可以是三角形、椭圆形、矩形或正方形。
可以通过上述方法和/或利用上述工具来制造车辆内饰部件。可以提供附加的方法步骤。通常,车辆内饰部件是仪表板、车门饰件或中部控制台。上述特征在这里也可以是车辆内饰部件的特征。具体而言,可以利用上述方法制造包括载体部件和框架的车辆内饰部件,该框架至少局部地外周地邻接载体部件并且实质地连接到载体部件。这里,车辆内饰部件通常包括前侧,并且框架优选地在前侧上具有结构化表面。附加地或替代地,车辆内饰部件可以包括塑料元件,例如钩件和/或突出件(例如,用于将车辆内饰部件固定在后侧上)。
附图说明
下文借助于附图来描述实施示例。如图所示:
图1a是具有带有塑料元件的插入载体部件的工具的横截面;
图1b是具有带有塑料元件的插入载体部件的工具的横截面;
图2a是工具的横截面和结构化表面的放大细节;
图2b是工具的横截面和结构化表面的放大细节;
图2c是工具的横截面和结构化表面的放大细节;
图3a是具有不同载体部件的图2的工具的横截面;
图3b是具有可移动接收表面的图3a的工具的横截面;
图3c是具有可移动接收表面的图3b的工具的横截面;
图4是具有可变光阑的喷嘴的出口开口;
图5是喷嘴的出口开口的横截面;以及
图6是用于移动喷嘴的工业机器人。
具体实施方式
图1a示出了用于制造车辆内饰部件的工具1。工具1包括用于沉积流体可固化塑料的沉积单元2,根据FDM的原理可以由流体可固化塑料形成塑料元件。为此,沉积单元2包括可移动喷嘴3,通过该喷嘴可以以针对性方式沉积流体可固化塑料。此外,工具1包括具有接收表面4的接收装置2',接收表面上布置有包括前侧6和后侧7的载体部件5。接收表面4是弯曲的,并且与前侧6的形状相对应,使得载体部件以防止滑动的方式布置在接收表面上。接收表面4包括通道8,该通道外周地邻接载体部件。通道8的表面9以结构化方式设计,使得其描绘了木材表面结构的负形状。这里,在表面9上形成深度介于50μm和100μm之间(例如70μm)的沟槽。这里,表面9由钢制成。借助于FDM通过喷嘴3被生成性地沉积在载体部件5上的塑料元件布置在载体部件5上。这里,借助于工业机器人,喷嘴3相对于载体部件5和接收表面4在五个轴线上移动。沉积的塑料元件之一是与载体部件5实质地连接的框架10。流体可固化塑料以层状方式沉积到围绕载体部件5延伸的通道8中,使得框架在载体部件5的外边缘以及部分地在载体部件5的后侧7上包围载体部件5并填充通道8,从而形成框架10。在塑料的固化之后,包括载体部件和生成性地沉积的塑料元件的车辆内饰部件被从工具1移除。在沉积时为流体的塑料与结构化表面9接触的区域中,框架10包括与结构化表面9的负形状相对应的结构化表面。在这些区域中,框架10因此包括木材纹理。另外,在载体部件5上布置有以钩件11形式的保持元件。如框架10那样,钩件11由借助于FDM通过喷嘴3以分层方式沉积的流体可固化塑料生成性地制造。此外,载体部件5中的通孔12被填充以流体可固化塑料。如同钩件11,另一个保持元件13被生成性地沉积在载体部件5的后侧7上,外周地邻接开口14。因此,显示器可以附接在载体部件5的开口14后面并由保持元件13保持。这里,显示器通过保持元件13相对于载体部件固定,并且可以从前侧通过开口14读取或者(如果它是触摸屏的话)操作。
载体部件5由PP制成,并且流体可固化塑料是ABS。载体部件还可以由不同材料制成和/或包括不同材料。流体可固化塑料也可以是不同材料,例如PP。所示的材料组合具有流体塑料在沉积时实质地连接到载体部件的优点。如果例如载体部件由木材、玻璃或铝制成,那么在沉积塑料之前沉积粘合剂,并且这种粘合剂例如包括聚酰胺。随后将塑料沉积在粘合剂上,从而在塑料与粘合剂之间产生实质连接。粘合剂可以是例如粘合打底剂或粘合剂膜。
图1b主要示出了用于制造车辆内饰部件的图1a的工具。正如图1a中的车辆内饰部件,该车辆内饰部件包括载体部件5以及呈现钩件11、框架10和保持元件13'形式的塑料元件。载体部件5与塑料元件不是作为一体设计。相比之下,载体部件5是在塑料元件的添加沉积之前制造的,并且单独地插入到工具1中。保持元件13'具有带有切口的形状,从而只能通过添加制造来制造。螺纹元件22进一步连接到载体部件5。螺纹元件22可以通过添加制造和/或通过粘合剂而附加地制造或连接到载体部件。此外,在所示示例中提供了显示器23,该显示器已经在通过添加制造沉积塑料元件之前布置在载体部件5上。这里显示器保持件24形式的塑料元件可以将显示器可靠地连接到载体元件5。
图2a示出的工具基本上与图1的工具相对应,其中接收表面4具有不同的形状。在该图和下面的图中,重复出现的特征设有相同的附图标记。此外,接收表面4不像图1那样被局部地设计为结构化表面,而是完全设计为结构化表面9。这在图2的放大细节中显示。与图1相比,在接收面4上没有布置单独制造的载体部件。相比之下,流体可固化塑料直接地沉积在接收表面4上,并且自身形成载体部件5'。这里,流体可固化塑料首先彼此相邻地以股流(strands)沉积以形成第一层。塑料也可以以液滴沉积。另外的塑料股流彼此靠近地布置在第一层上以形成另一层。在所示的示例中,塑料通过挤出头3'挤出。这里,挤出头3'包括圆形出口开口,使得挤出的塑料股流具有大致圆形形状。以这种生成方式制造的载体部件5'具有不同厚度的区域以及功能元件,例如紧固夹15。替代地,紧固夹可以包括与载体部件不同的材料,并且可以沉积在载体部件上。如从生成性制造方法通常已知的,载体部件厚度以及此外功能元件的形状在这里通过以不同数量局部地沉积的各层形成。在塑料固化后,从工具1移除带有载体部件5'和紧固夹15的车辆内饰部件。载体部件5'在其表面16上包括与接收表面的结构化表面9相对应由此与接收表面9的负性相对应的结构。可以通过不同的喷嘴来制造载体部件的材料和塑料元件的材料。例如,通常使用具有较大出口开口的喷嘴(其能够比用于制造塑料元件的喷嘴更快速地移动)来制造载体部件。
图2b示出了与图2a基本上相对应的工具。载体部件5被单独地制造(与图2a中的插入工具中的载体部件相比)。在所示的示例2b中,载体部件是例如由PP制成的塑料部件,在其制造之后插入到工具1中。在后期阶段通过FDM将塑料元件10、11、13和13'以分层方式沉积在载体部件5上。
图2c示出了与图2b基本上相对应的工具。然而,与图2b相比,接收表面4不是局部地而是完全地形成为结构化表面9。载体部件5'被添加地沉积在接收表面4上,从而载体部件5'的前侧包括结构化表面。此外,带有切口的保持元件13'进一步同样被添加地沉积在载体元件5'上。钩件11'这里以分层方式同样被添加地沉积在载体部件上。
在图3a中示出了可以用来制造出具有不同设计和款式的车辆内饰部件的图2的工具。图3a中的(1)、(2)和(3)在这里每个都示出了具有相应制造的载体部件5'、5"和5"'的不同设计的相同工具。这里,载体部件5'与图2的载体部件相对应,并且除了紧固夹15以外还包括夹紧部件17。紧固夹15和夹持部件17在这里被设计成与载体部件5'成一体。载体部件5"没有紧固夹15,而是具有夹紧部件17。在这里同样,夹紧部件17与载体部件5"设计成一体。载体部件5"'仅包括紧固夹15。
图3b示出了图3a的工具,其中除了沉积单元2之外,接收装置2'也可借助于另一个工业机器人相对于沉积单元2在五个轴线上移动。如果使用流体可固化塑料则这是特别有利的,流体可固化塑料可以以限定方式仅沿着重力方向沉积,而不会流失。
图3c示出了如何可以利用图3b的工具制造不同款式的车辆内饰部件。图3c中的(1)和(2)在这里示出了具有载体部件5""的工具。这里,与图3a的载体部件相比,载体部件5""未与塑料元件10'(框架)、11(钩件)和13'(保持元件)设计成一体。相比之下,图3c中的(1)示出了在添加制造沉积在单独制造的载体部件5""上的钩件11之后不久的瞬时图片。图3c中的(2)示出了在添加制造沉积在载体部件5""上的保持元件13'之后不久的瞬时图片。载体部件5""例如由玻璃制成。在塑料元件10'、11和13'的沉积之前,可以将粘合剂沉积在载体元件的塑料元件10'、11和13'所定位的相应位置上。随后,可以将塑料元件10'、11和13'以分层方式沉积在粘合剂上或以添加方式直接沉积在载体表面上。
图4示出了不同设置下的可变遮闭器。出口开口18可以通过薄片19任意地打开和关闭。通过这种可变遮闭器,可以扩大或减小喷嘴或挤出头3'的出口开口。
图5示出了例如喷嘴和/或挤压头3'的出口开口可以具有的三种不同的横截面几何形状。这里,图5中(a)的横截面为正方形,图5中(b)的横截面为三角形,图5中(c)的横截面为椭圆形。这里图5中(a)的正方形具有例如0.8mm的边缘长度,图5中(b)的三角形具有例如0.5mm的高度,并且椭圆形具有例如7mm的长度L。上述工具之一的挤出头3'和/或喷嘴3可以包括例如这种出口开口的形状。此外,可以设想例如能够通过不同的附件来改变出口开口的横截面几何形状。圆形出口开口具有例如大于0.02mm且小于5mm的直径。
图6示出了工业机器人20,喷嘴3布置在它的臂上。工业机器人20是上述工具之一的一部分和沉积单元2的一部分。喷嘴3可在五个方向21上移动,并且由此可以实现任何移动。因此可以添加地制造具有切口和复杂形状的塑料元件。
应指出的是,术语“添加制造”、“3D打印”和“生成性制造”在本申请中用作同义词。
在实施示例中公开的不同实施例的特征可以彼此结合并单独要求保护。
Claims (12)
1.一种用于制造车辆内饰部件的方法,所述车辆内饰部件包括载体部件和塑料元件,所述方法包括以下步骤:
提供工具(1),其包括:至少一个沉积单元(2),用于沉积流体可固化塑料;以及接收装置(2'),其具有接收表面(4),用于接收具有前侧(6)和后侧(7)的载体部件(5),其中,所述沉积单元(2)和所述接收装置(2')相对于彼此能够移动;
将所述载体部件(5)施加到所述接收表面(4)上,使得所述载体部件的前侧(6)至少局部地位于所述接收表面(4)上;
将所述流体可固化塑料以分层方式至少局部地沉积到所述载体部件表面上,使得实质地连接到所述载体部件(5)的至少一个塑料元件被生成性地制造;以及
固化所述塑料。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在沉积所述流体可固化塑料之前,将粘合剂至少局部地地沉积在所述载体部件表面上。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述接收表面(4)至少局部地结构化,并且为了形成连接到所述载体部件的所述塑料元件,将所述流体可固化塑料至少局部地沉积在所述载体部件的外边缘上以及结构化接收表面(9)上,使得所述塑料元件包括与所述结构化接收表面(9)相对应的结构化表面。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述流体可固化塑料通过添加制造方法以分层方式沉积。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述流体可固化塑料通过FDM方法沉积。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述流体可固化塑料以液滴或股流沉积。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述塑料元件形成框架(10),所述框架至少部分地外周地邻接所述载体部件(5)和/或其中所述塑料元件布置在所述载体部件(5)的后侧(7)上。
8.一种用于制造车辆内饰部件的工具(1),其包括用于排出流体可固化塑料的沉积单元(2),并且还包括用于接收载体部件(5)的接收装置(2'),其中,所述接收表面是弯曲的和/或至少局部地结构化。
9.根据权利要求8所述的工具(1),其中,所述沉积单元(2)包括喷嘴(3)和/或挤出头(3')。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的工具(1),其中,所述沉积单元(2)和/或所述接收装置(2')能够沿着至少三个轴线移动,和/或能够围绕至少一个轴线、优选地围绕至少两个轴线旋转。
11.一种车辆内饰部件,其通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法和/或利用根据权利要求8至10中任一项所述的工具(1)制造。
12.根据权利要求11所述的车辆内饰部件,包括载体部件(5)和框架(10),所述框架至少局部地外周地邻接所述载体部件(5)并且实质地连接到所述载体部件(5),其中,所述车辆内饰部件具有前侧(6),并且所述框架(10)在所述前侧(6)上包括结构化表面。
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