CN109153175A - 粉末构建材料处理 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于三维打印机的粉末构建材料处理系统。该系统包括递送系统。所述递送系统用于运送来自粉末构建材料供应部的气流中的粉末构建材料。所述递送系统用于过滤所述气流以将所述粉末构建材料与所述气流分离。所述递送系统用于将经过滤的气流引导到所述粉末构建材料供应部以形成闭合系统。

Description

粉末构建材料处理
背景技术
一些三维打印技术使用粉末构建材料，该粉末构建材料被形成在薄层中且该粉末构建材料的部分被选择性固化以形成3D物体的层。粉末构建材料可以从粉末构建材料供应部被提供到三维打印机的构建区域。
3D打印机可以使用若干可用的不同粉末构建材料中的一种来生成3D物体。
附图说明
本公开的各种特征和优点从结合附图的下面的详细描述将是明显的，该详细描述和附图仅通过示例一起示出本公开的特征，且其中：
图1是示出根据示例的粉末构建材料处理系统的示意图；
图2是示出根据示例的粉末构建材料处理系统的示意图；
图3是示出根据示例的粉末构建材料处理系统的示意图；
图4是示出根据示例的粉末构建材料处理系统的示意图；以及
图5是示出根据示例的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，为了解释的目的，阐明某些示例的许多具体细节。在说明书中引用“示例”或类似语言意味着，结合示例所述的特定特征、结构或特性被包括在至少该一个示例中，但是未必在其它示例中。
可以使用3D打印机由粉末构建材料生成3D物体。在一些示例中，粉末构建材料被递送到构建区域，使得由粉末构建材料生成3D物体可以发生。在一个示例中，粉末构建材料可以通过阿基米德螺旋布置被递送到供给区域。在另一示例中，粉末状构建材料可以从上方被沉积到构建区域上。
在本公开的示例中，粉末构建材料处理系统或方法使具有不同性能的粉末构建材料能够被处理。合适的粉末基构建材料可以包括聚合物、结晶性塑料、半结晶性塑料、聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、非晶态塑料、聚乙烯醇塑料(PVA)、聚酰胺、热(固)塑料、树脂、透明粉末、有色粉末、金属粉末、陶瓷粉末(诸如例如，玻璃微粒)中的至少一种，和/或这些材料或其它材料中的至少两种的组合。其中此类组合可以包括不同微粒，每个微粒是不同材料、或单个化合物微粒中的不同材料。混合的构建材料的示例包括尼龙铝混合物(alumide)，该尼龙铝混合物可以包括铝和聚酰胺的混合物、多颜色粉末、和塑料/陶瓷混合物。混合的构建材料可以包括两种或更多种不同的各自的平均微粒尺寸。
图1是示出用于3D打印机的粉末构建材料处理系统1的示例的示意图。系统1包括递送系统10。
在本示例中，递送系统10用于运送或输送来自粉末构建材料供应部100的气流中的粉末构建材料，过滤气流以将粉末构建材料与气流分离，并将经过滤的气流引导到粉末构建材料供应部100以形成闭合系统。相应地，经过滤的气体可以被用于输送来自粉末构建材料供应部100的另外的粉末。附加地，闭合系统降低粉末构建材料被遗失到处理系统1周围的环境中的风险。
在本示例中，递送系统10用于从粉末构建材料供应部100运送粉末构建材料且用于将粉末构建材料递送到粉末沉积区域120。粉末沉积区域120可以处于3D打印机的构建区域中。粉末沉积区域120可以是递送系统10与构建区域之间的缓冲区。在示例中，递送系统10将粉末构建材料递送到粉末沉积区域120，而不改变粉末构建材料的特性(诸如粉末构建材料的化学性能)和/或不导致粉末构建材料经历塑性变形。在其它示例中，递送系统10可以另外用于将气流中的粉末构建材料在处理系统1中的任何其它区域之间运送。
在本示例中，递送系统10包括用于将粉末构建材料供应部100的出口102连接到粉末沉积区域120的入口124的第一流动路径14和用于将粉末沉积区域120的出口126连接到粉末构建材料供应部100的入口104的第二流动路径16。在本示例中，递送系统10用于将来自粉末构建材料供应部100的气流中的粉末构建材料经由第一流动路径14运送到粉末沉积区域120，并用于将经过滤的气流从粉末沉积区域120经由第二流动路径16引导到粉末构建材料供应部。在本示例中，第一流动路径14和第二流动路径16由管形成。在其它示例中，可以使用第一流动路径14和第二流动路径16的其它构造。在其它示例中，气流可以沿着任何其它合适流动路径流动，该任何其它合适流动路径允许递送系统10完成其功能。
递送系统10包括过滤器122，该过滤器122用于过滤气流以将粉末构建材料与气流分离。在本示例中，过滤器122被定位为在气流离开使用中的粉末沉积区域120时通过过滤气流将粉末构建材料沉积在粉末沉积区域120处。过滤器122位于粉末沉积区域120与粉末构建材料供应部100之间。在本示例中，过滤器位于粉末沉积区域120与第二流动路径16之间。例如，过滤器122位于粉末沉积区域120的出口126处。过滤器122允许经过滤的气流返回到粉末构建材料供应部100，在粉末构建材料供应部，粉末构建材料进入经过滤的气流。因此，在再次被过滤器122过滤之前，气流将另外的粉末构建材料运送到粉末沉积区域120。
在本示例中，递送系统10包括用于生成气流的泵12。例如，泵12可以是真空泵。在示例中，泵12位于过滤器122下游且处于第二流动路径16中，使得经过泵12的气流是经过滤的气流。因此，泵不应经受粉末构建材料。将泵12定位在过滤器122的下游帮助减少粉末构建材料在泵12中的沉淀，因为经过泵12的气体被过滤。泵12使得气流从泵12流到粉末构建材料供应部100、流到粉末沉积区域120并经由过滤器122返回到泵12。
在示例中，递送系统10用于以根据粉末构建材料的性能所选择的气流流率运送粉末构建材料。粉末构建材料的性能可以是例如粉末构建材料的微粒尺寸、体积密度或流动性。在示例中，泵12根据待在气流中运送的粉末构建材料的类型生成预定流率的气流。在示例中，气流的流率根据待在一段时间内在气流中运送的粉末的量或待在一段时间内递送到粉末沉积区域120的粉末的量而被确定。
在示例中，处理系统1包括用户接口(未示出)，用户可以由该用户接口提供用于确定由泵12所生成的流率的输入。通过进一步示例，用户可以输入期望流率，表示流率本身的数据、表示由使用处理系统1的3D打印机所生成的零件的数据、表示待在一段时间内在气流中运送的粉末的量的数据、和/或表示待运送的粉末构建材料的识别信息的数据。在一些示例中，处理系统1包括用于将输入数据或输入参数与由泵12所生成的流率进行关联的装置。
在本示例中，粉末构建材料供应部100被定位在粉末沉积区域120下方。因此，减小处理系统1的占地面积，这可以帮助减小使用处理系统1的3D打印机的总尺寸。在另一示例中，粉末构建材料供应部100可以在相对于粉末沉积区域120的任何其它方位处(诸如在横向上邻近粉末沉积区域120)。
在一些示例中，系统1包括粉末构建材料供应部100。在一些示例中，粉末构建材料供应部100包括用于储存粉末构建材料的储存器或容器106。储存器或容器106由用于储存粉末构建材料的任何合适材料制成。例如，储存器或容器106包括塑料和/或金属等。在示例中，粉末构建材料供应部100是隔热的。这可以帮助降低储存器或容器106中所储存的粉末构建材料达到粉末的特性被改变的温度的风险。
图2是示出用于3D打印机的另一粉末构建材料处理系统2的示例的示意图。处理系统2具有图1的处理系统1的所有特征且在下文被描述，其中同样特征具有与图1中所使用的附图标记相同的附图标记。图2的处理系统2包括用于将来自粉末构建材料供应部200的粉末构建材料递送到粉末沉积区域120的递送系统20。在一些示例中，处理系统2包括粉末构建材料供应部200。在一些示例中，处理系统2包括粉末沉积区域120。
图2的处理系统2的递送系统20包括用于加热气流的加热器24。使用中的加热器24用于将热量施加到气流且因此施加到在加热的气流中运送的粉末构建材料。在本示例中，加热器24被定位在第二流动路径16中。更具体地，在本示例中，加热器24被定位在泵12与粉末构建材料供应部200之间。在其它示例中，加热器24被定位在处理系统2中的别处，诸如在过滤器122与泵12之间。在又一示例中，泵12包括加热器24。在示例中，加热器24是对流加热器。在另外示例中，可以省略加热器24。
在本示例中，使用中的加热器24将热量施加到经过滤的气流。经过滤的且加热的气流沿着第二流动路径16被引导且在入口204处进入粉末构建材料供应部200。在经过滤的且加热的气流经过粉末构建材料供应部200时，粉末构建材料进入经过滤的且加热的气流。在气流随后经过粉末构建材料供应部200的出口202并沿着第一流动路径14时，加热的气流的热能被传递到在加热的气流中运送的粉末构建材料。因此，粉末构建材料在粉末沉积区域120处的平均温度大于粉末构建材料在粉末构建材料供应部200处的平均温度。
在示例中，加热器24将气流加热到根据粉末构建材料的性能所选择的温度。在示例中，加热器24将气流加热到基于在气流中运送的粉末构建材料的类型的预定温度。例如，预定温度可以低于粉末构建材料的塑性变形发生的温度。在示例中，加热器24将气流加热到根据用于由粉末构建材料生成3D物体的温度所选择的温度。此类示例可以减小由3D打印机所消耗的用于将粉末构建材料加热到粉末构建材料可以被用于生成3D物体的温度的能量。因此，粉末沉积区域120处的粉末构建材料更接近用于由粉末构建材料生成3D物体的温度，且因此粉末沉积区域120处的任何预加热可以被取消或至少例如强度或持续时间减小。
在一些示例中，加热器24可以将气流加热到50℃。在一些示例中，加热器24可以将气流加热到150℃。在其它示例中，加热器24可以将气流加热到在35℃与200℃之间，诸如加热到在50℃与150℃之间。在一些示例中，温度是取决于待运送的粉末构建材料的性质。例如，不同类型的粉末构建材料以不同速率来传导热量，所以气流的温度可以因此被改变。作为另一示例，气流的温度可以取决于气流的流率。
在示例中，处理系统2包括用户接口(未示出)，用户可以通过该用户接口提供用于确定加热器24将气流加热到的温度的输入。通过进一步示例，用户可以输入期望流率，期望温度、表示待在一段时间内在气流中运送的粉末的量的数据、和/或表示待运送的粉末构建材料的识别信息的数据。在一些示例中，处理系统2包括用于将输入数据或输入参数与加热器24加热气流的温度进行关联的装置。
在示例中，处理系统2的闭合性质增加处理系统2的效率。在气流被过滤并沿着第二流动路径16返回到加热器24时，气流中潜热可以保持。因此，加热器24可以被控制以随着时间减少其输出能量，同时保持气流的恒定温度。在示例中，处理系统2包括用于监测处理系统2中的气流的温度的装置。例如，处理系统2可以包括温度计或温度传感器和用于提供控制加热器24所使用的反馈的装置。
在本示例中，处理系统2包括粉末构建材料分配器220。分配器220分配与气流分离的粉末构建材料。在本示例中，粉末构建材料通过过滤器122与气流分离且被沉积在粉末沉积区域120中。在示例中，分配器220包括散布器，该散布器横跨粉末沉积区域120且将粉末构建材料大体上均匀地分配在粉末沉积区域120上。在另一示例中，分配器220包括振动器，用于使粉末构建材料在粉末沉积区域120中振动，使得粉末构建材料被大体上均匀地分配在粉末沉积区域120上。在一些示例中，其中粉末构建材料包括不同性质的微粒，振动器可以帮助将不同性质的微粒均质地分配在粉末沉积区域120中。
在一些示例中，当递送系统20在使用中时，分配器220持续操作。在其它示例中，分配器220以预定时间间隔操作。例如，预定时间间隔可以与用于将预定量的粉末构建材料沉积在粉末沉积区域120中的时间段相关联。例如，预定时间间隔可以生成与待由使用处理系统2的3D打印机生成的3D物体的一层所花费的时间段有关。在处理系统2的一些示例中，可以省略分配器220。
在本示例中，粉末构建材料供应部200包括储存器206和用于从储存器206中的粉末构建材料获取粉末构建材料的样品的粉末采样器208。
在一些示例中，粉末采样器208将粉末构建材料的离散样品与储存器208中的粉末构建材料分离，并将样品沉积在气流中。在其它示例中，在样品被传递到气流中之前，粉末采样器208将样品沉积在中间区域中。
在本示例中，来自粉末采样器208的粉末构建材料的样品在粉末构建材料供应部200的入口204与出口202之间的位置进入气流。
在一些示例中，粉末采样器208以预定时间间隔从储存器206移除粉末构建材料的样品。在示例中，预定时间间隔取决于在由粉末采样器208从储存器206所移除的粉末构建材料的样品中增加的量。通过进一步示例，预定时间间隔可以取决于储存器206中的粉末的类型、气流的流率以及在一段时间内待递送到粉末沉积区域120的粉末构建材料的量。处理系统2可以包括用户接口，用户可以通过该用户接口提供输入以确定由粉末采样器208从储存器206移除样品的时间间隔，或者确定以在每个时间间隔或在一特定时间段内由粉末采样器208从储存器206所移除的粉末构建材料的量。
在一些示例中，粉末采样器208包括粉末构建材料流量调节器，用于调节粉末构建材料离开储存器206进入气流的速率。在一些示例中，粉末构建材料在重力下离开储存器206。在一些示例中，储存器206包括用于将储存器206中的粉末构建材料朝向粉末采样器208推进的装置。
在处理系统2的一些示例中，可以省略储存器206。在处理系统2的一些示例中，可以省略粉末采样器208。
在一些示例中，处理系统2包括粉末构建材料分配器(未示出)，用于分配通过粉末采样器208从储存器206中的粉末构建材料分离的粉末构建材料的样品。分配器可以是以上参照分配器220所述的构造中的一种。在示例中，分配器帮助从储存器206移除粉末构建材料的更均质样品。粉末构建材料的均质样品可以帮助保持粉末构建材料的成分，而粉末构建材料由递送系统20从粉末构建材料供应部200来运送。如果储存器206中的粉末构建材料是不均质的且粉末构建材料的样品将另外包括粉末构建材料微粒的不正确成分，这可以是特别适宜的。在其它示例中，当样品处于以上所述的中间区域中时，另外分配器可以分配样品。
在其它示例中，递送系统20可以用于将气流中的粉末构建材料在处理系统2中的任何其它区域之间运送。
图3是示出用于3D打印机的另一粉末构建材料处理系统3的示例的示意图。处理系统3具有图1的处理系统1的若干特征且在下文被描述，其中同样的特征具有与图1中所使用的附图标记相同的附图标记。
粉末构建材料处理系统3包括递送系统30，用于将来自粉末构建材料供应部100的气流中的粉末构建材料递送到粉末沉积区域120。递送系统30包括用于生成气流的泵12、用于加热气流的加热器24、将粉末构建材料供应部100与粉末沉积区域120连接的流动路径14、入口32以及出口34。在一些示例中，处理系统3包括用于供应粉末构建材料的粉末构建材料供应部100。
在本示例中，泵12位于粉末构建材料供应部100上游且从递送系统30的入口32抽取气体。也就是说，泵12位于递送系统30的入口32与粉末构建材料供应部100之间。泵12将气流泵送到粉末构建材料供应部100，然后经由流动路径14泵送到粉末沉积区域120。在本示例中，气流在递送系统30的出口34离开递送系统30。递送系统30的出口34在粉末沉积区域120下游。也就是说，粉末沉积区域120位于流动路径14与递送系统30的出口34之间。在其它示例中，可以省略泵120，以由用于生成通过递送系统30的气流的不同机构取代。例如，递送系统30的入口32处的压力可以高于递送系统30的出口34处的压力。
加热器24与参照图2所述的加热器24相同。在本示例中，加热器24位于泵12与粉末构建材料供应部200之间。在其它示例中，加热器位于处理系统2中的别处，诸如在递送系统30的入口32与泵12之间。在又一示例中，泵12包括加热器24。在示例中，加热器24是对流加热器。
在其它示例中，递送系统30可以另外用于将气流中的粉末构建材料在处理系统3中的任何其它区域之间运送。
图4是示出用于3D打印机的另一粉末构建材料处理系统4的示例的示意图。处理系统4具有图3的处理系统3的所有特征和图2的处理系统2的若干特征。图4的处理系统4在下文被描述，其中同样特征具有与图2和图3中所使用的附图标记相同的附图标记。
处理系统4包括递送系统40。递送系统40用于将来自粉末构建材料供应部200的气流中的粉末构建材料运送到粉末沉积区域120。在本示例中，递送系统40包括用于生成气流的泵12、用于加热气流的加热器24、将粉末构建材料供应部100与粉末沉积区域120连接的流动路径14、入口32以及出口34。在一些示例中，处理系统4包括粉末构建材料供应部200。在一些示例中，处理系统4包括粉末沉积区域120。
在本示例中，泵12和加热器24与图3的处理系统3的泵12和加热器24相同。在其它示例中，泵12和/或加热器24可以替代地采用本文所述的泵和加热器的替代形式中的一种。在本示例中，泵12和加热器24位于处理系统4中的与图3的处理系统3的泵12和加热器24的那些位置相对应的位置处。在其它示例中，泵12和/或加热器24可以位于本文所述的替代可能位置中的一个处。在一些示例中，可以省略泵120，以由用于生成通过递送系统40的气流的不同机构取代，诸如以上所讨论的机构中的一个。
递送系统40事实上与如参照图2所述的递送系统20相同，除了从图4的递送系统40省略递送系统20的第二流动路径16之外。在本示例中，递送系统40包括用于在粉末沉积区域120分配与气流分离的粉末构建材料的粉末构建材料分配器220和用于在粉末沉积区域120的出口处过滤气流的过滤器122。在一些示例中，可以省略分配器220。在一些示例中，可以省略过滤器122。
在本示例中，粉末构建材料供应部200包括以上参照图2所述的储存器206和粉末采样器208。在一些示例中，可以省略粉末采样器208。在一些示例中，可以省略储存器206。
在一些示例中，处理系统4包括分配器，用于分配通过粉末采样器208从储存器206中的粉末构建材料分离的粉末构建材料的样品，如参照图2所述。此类分配器可以是以上参照图2的分配器220所述的构造中的一种。
在其它示例中，递送系统40可以另外用于将气流中的粉末构建材料在处理系统4中的任何其它区域之间运送。
图5是示出根据示例的方法5的流程图。方法可以通过使用图1-图4中所示的各自的处理系统1、2、3、4中的一个来实施。在本示例中，方法5是处理用于在生成3D物体中使用的粉末构建材料的方法。方法5包括在气流中输送50来自3D打印机的粉末构建材料供应部100、200的粉末构建材料、过滤52气流以从气流沉积粉末构建材料、以及在过滤之后将气流返回54到粉末构建材料供应部100、200。
在一些示例中，输送50包括来自粉末构建材料供应部100、200的气流中的粉末构建材料从经由第一流动路径14运送到粉末沉积区域120。在一些示例中，粉末构建材料在气流中输送的速率取决于待在气流中运送的粉末构建材料的类型。
在一些示例中，过滤52由过滤器122来执行。在一些示例中，过滤器122在粉末沉积区域120的出口126处。过滤52将粉末构建材料从气流移除且帮助将粉末构建材料沉积在粉末沉积区域120中。在一些示例中，方法5包括将粉末构建材料分配在粉末沉积区域120中。例如，分配可以由粉末构建材料分配器220来执行以将粉末构建材料均匀地和/或均质地分配在粉末沉积区域120中
在一些示例中，在过滤之后将气流返回54到粉末构建材料供应部100、200是经由第二流动路径16。第二流动路径16可以将粉末沉积区域120连接到粉末构建材料供应部100、200。在一些示例中，第二流动路径16可以包括用于生成气流的泵12。
在一些示例中，方法5包括加热56气流。在一些示例中，加热56是通过加热器24进行且发生在将气流返回54到粉末构建材料供应部100、200期间。在一些示例中，加热56包括将气流加热到根据粉末构建材料的性能的预定温度。例如，加热器24可以将气流加热到基于气流中所运送的粉末构建材料的类型的预定温度。此类示例可以减小由3D打印机所消耗的用于将粉末构建材料加热到粉末构建材料可以被用于生成3D物体的温度的能量。
一些示例，方法5包括在粉末构建材料供应部100、200处将粉末构建材料的均质样品沉积58在气流中。沉积58可以由粉末采样器208进行。在一些示例中，粉末采样器208将粉末构建材料的样品从粉末构建材料的储存器206移除且将样品沉积在气流中。在一些示例中，沉积58包括在将样品沉积58在气流中之前大体地均质地分配样品。在其它示例中，当由粉末采样器208从储存器206移除时，样品可以是均质的。
在一些示例中，方法5的操作中的一个或多个可以基于由用户所提供的到用户接口的一个或多个输入来控制。
在一些示例中，方法5附加地包括在气流中在3D打印机的粉末构建材料处理系统1、2、3、4中的其它区域之间输送粉末构建材料。
在前述示例中，气流是空气流。然而，在对各种示例的相应变型中，气体可以不同于空气。例如，气体可以是惰性气体(诸如氮气或氩气)。在一些示例中，气体可以被选择以满足用于处理系统1、2、3、4或其中使用处理系统1、2、3、4的3D打印机的相关标准。
已经提供前述描述以说明和描述所描述的原则的示例。描述不旨在是详尽的或不旨在限制对所公开的任何精确形式的这些原则。根据以上教导，许多更改和变型是可能的。

Claims (15)

1.一种用于三维打印机的粉末构建材料处理系统，所述系统包括：
递送系统，用于运送来自粉末构建材料供应部的气流中的粉末构建材料，过滤所述气流以将所述粉末构建材料从所述气流分离，并将经过滤的气流引导到所述粉末构建材料供应部以形成闭合系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述递送系统包括用于加热所述气流的加热器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述加热器用于将热量施加到经过滤的气流。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述递送系统用于以根据所述粉末构建材料的性能所选择的气流的流率来运送所述粉末构建材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述递送系统包括用于生成所述气流的真空泵。
6.根据权利要求1所述的系统，包括用于分配从所述气流分离的粉末构建材料的粉末构建材料分配器。
7.根据权利要求1所述的系统，包括粉末构建材料供应部，其中所述粉末构建材料供应部包括储存器和用于从所述储存器中的粉末构建材料分离粉末构建材料的样品的粉末采样器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述粉末采样器用于将粉末的样品沉积在所述气流中。
9.一种方法，包括：
在气流中输送来自三维打印机的粉末构建材料供应部的粉末构建材料；
过滤所述气流以从所述气流沉积所述粉末构建材料；以及
在过滤之后将所述气流返回到所述粉末构建材料供应部。
10.根据权利要求9所述的方法，包括加热所述气流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中加热包括将所述气流加热到根据所述粉末构建材料的性能的预定温度。
12.根据权利要求9所述的方法，包括在所述粉末构建材料供应部处将粉末构建材料的均质样品沉积在所述气流中。
13.一种用于三维打印机的粉末构建材料处理系统，该粉末构建材料处理系统包括：
递送系统，用于将来自粉末构建材料供应部的气流中的粉末构建材料运送到粉末沉积区域，其中所述递送系统包括用于加热所述气流的加热器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述递送系统包括：
第一流动路径，用于将所述粉末构建材料供应部的出口连接到粉末沉积区域的入口；
第二流动路径，用于将所述粉末沉积区域的出口连接到所述粉末构建材料供应部的入口；以及
泵，用于使气流沿着所述第一流动路径和所述第二流动路径经由所述粉末构建材料供应部和所述粉末沉积区域循环，用于将来自所述粉末构建材料供应部的气流中的粉末构建材料经由所述第一流动路径运送到所述粉末沉积区域；
其中所述加热器用于在所述气流沿着所述第二流动路径经过时加热所述气流。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述递送系统包括用于在所述粉末沉积区域的出口处从所述气流过滤粉末构建材料的过滤器。
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