CN112792342B - 一种去除3d打印医用植入件的金属粉末的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种去除3D打印医用植入件的金属粉末的装置，包括底座（1）、集料器（2）、过滤器（3）、第一驱动组件（4）、容器转台（5）、支架（6）、第二驱动组件（7）、齿杆（8）、进气腔体（9）、弹簧（10）、密封组件（11）、限位螺母（12）、超声波振动子（14）及高压喷头（13）；其中，进气腔体（9）包括进气腔本体（901）、环形密封凸台（902）、进气口（903）、螺纹安装面（904）及出气口（905），密封组件（11）包括密封板（111）、环形滑动块（112）及橡胶密封圈（113）。本发明能有效去除并收集3D打印金属多孔植入材料后、其内用于支撑的金属粉末，确保金属多孔植入材料的整体性能不会受金属粉末的影响。

Description

一种去除3D打印医用植入件的金属粉末的装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置。

背景技术

3D打印技术利用空间三维模型进行逐层制造，成形速度快、精度高，从而实现“自由制造”。尤其对于空间形状复杂、高性能、难加工、构型复杂的零部件，3D打印技术显得更为优越，实现传统加工方法难以制造的复杂结构零件的成形，并大幅减少加工工序，缩短加工周期。因此，3D打印技术在汽车、航天航空、医疗等诸多领域取得了广泛的应用，已日益融入社会生产生活中。

3D打印技术中通常采用激光或电子束选区熔融技术进行打印材料的熔化，尤其在进行医疗行业领域金属多孔植入材料的打印过程中，需要利用不熔融的金属粉末作为熔融材料部分的支撑，保证3D打印模型不会出现坍塌、分层等问题。但是，打印完成后，不熔融的金属粉末材料残留在多孔植入材料的内部孔隙中，同时由于熔融过程具有一定变形力、对周边未熔融金属粉末产生作用力，使得遗留在孔隙中间的金属粉末具有一定的致密性；从而导致用于支撑的金属粉末残留在多孔植入材料的孔隙部分、多孔植入材料的孔隙被用于支撑的金属粉末堵塞、影响多孔植入材料的功能以及增加医疗植入后的风险，同时，对于孔隙较小的零部件、或零部件较大且内部孔隙复杂的零部件，其中心区域的致密性粉末很难从零件中清理去除，致使零部件孔隙封闭或不连通、影响多孔植入材料的功能。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，该装置能有效去除并收集3D打印医疗领域的多孔植入材料后、其内用于支撑的金属粉末，同时确保多孔植入材料的整体外形不会产生较大变化、保证多孔植入材料的性能以及保证其能顺利植入人体产生作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：包括底座、集料器、过滤器、第一驱动组件、容器转台、支架、第二驱动组件、齿杆、进气腔体、弹簧、密封组件、限位螺母、超声波振动子以及高压喷头；

其中，所述底座上端面开设第一通孔，所述容器转台贯穿所述第一通孔且与所述底座上端面转动连接，所述容器转台为内部中空、顶部无盖的圆柱形结构，且容器转台底部均匀分布若干出料小孔；所述集料器设置在所述容器转台底部，所述过滤器设置在所述集料器远离所述容器转台的一端；所述底座上端面、所述第一通孔一侧设置第一驱动组件，用于驱动所述容器转台旋转；所述第一驱动组件远离所述容器转台的一侧、所述底座上端面固定连接一支架，且所述支架为“L”形支架；所述支架顶面、对应所述容器转台的位置开设第二通孔，所述齿杆贯穿所述第二通孔且与所述支架顶面滑动连接；所述支架顶面上端面、所述第二通孔一侧设置第二驱动组件，用于驱动齿杆移动；所述齿杆下端固定连接一进气腔体；所述进气腔体为一体成型件，包括进气腔本体、环形密封凸台、进气口、螺纹安装面以及出气口，所述进气腔本体为内部中空且完全密封的筒体结构，所述进气腔本体上端侧面设置环形密封凸台且所述环形密封凸台上表面与所述进气腔本体顶面共面、进气腔本体顶面一侧设置进气口，所述进气腔本体下端侧面设置螺纹安装面且所述螺纹安装面底面与所述进气腔本体底面共面、进气腔本体底面一侧设置出气口；所述出气口与所述高压喷头连通；所述螺纹安装面处设置限位螺母且所述限位螺母与所述螺纹安装面螺纹连接，所述限位螺母上端设置密封组件；所述密封组件包括密封板、环形滑动块以及橡胶密封圈，所述密封板为中部被进气腔体贯穿的“凸”字形结构且所述密封板的凸出部靠近所述进气腔体的一侧开设一环形凹槽，所述环形凹槽上端设置一环形滑动块且所述环形滑动块外壁与所述密封板内壁滑动连接，所述环形滑动块与所述环形凹槽之间设置橡胶密封圈；所述环形滑动块远离所述橡胶密封圈的一侧（即环形滑动块的上端面）设置弹簧、且所述弹簧远离所述环形滑动块的一端与所述环形密封凸台下端面接触；所述超声波振动子设置在所述进气腔本体底部中心位置。

作进一步优化，所述集料器为锥形漏斗结构，所述集料器上端面与所述容器转台底面共面且与容器转台固定连接。

作进一步优化，所述过滤器内部设置过滤网，且过滤器底部均匀分布气孔、用于装置内部气体的排出；所述过滤器顶部与所述集料器底部螺纹连接。

作进一步优化，所述容器转台内腔中部设置用于固定工件的固定装置。

作进一步优化，所述第一驱动组件包括第一电机、第一齿轮以及齿轮环，所述第一电机固定安装在所述底座上端面，所述第一齿轮固定套接在所述第一电机输出端，所述齿轮环固定套接在所述容器转台外壁且与所述第一齿轮啮合。

作进一步优化，所述第二驱动组件包括第二电机以及第二齿轮，所述第二电机固定安装在所述支架顶面上端面，所述第二齿轮固定套接在所述第二电机输出端且第二齿轮与所述齿杆啮合。

作进一步优化，所述支架顶面下端面、对应所述齿杆设置限位套筒，所述限位套筒外形与齿杆外形一致且位于所述齿杆外壁，用于对齿杆进行限位、防止齿杆在移动过程中发生位置偏移；所述限位套筒与所述支架顶面下端面固定连接、且限位套筒内壁与所述齿杆外壁滑动连接。

作进一步优化，所述齿杆远离所述进气腔体的一端端部设置限位块，避免齿杆移动过程中完全脱离第二通孔。

作进一步优化，所述进气口通过导气管连通外部高压气体装置且所述导气管上设置单向电磁阀，用于控制气体的流通。

作进一步优化，所述出气口与所述进气口开设在所述进气腔本体的同一侧。

作进一步优化，所述密封板的最大直径大于所述容器转台的直径。

作进一步优化，所述环形滑动块外壁均匀分布若干“T”形限位块，所述密封板的凸出部内壁（即环形凹槽外壁）对应所述“T”形限位块设置若干“T”形限位槽，所述“T”形限位槽为竖直槽；所述“T”形限位块卡入所述“T”形限位槽内且能在“T”形限位槽内上下滑动。

作进一步优化，所述弹簧、所述进气腔体、所述密封组件、所述容器转台以及所述超声波振动子的中轴线在一条直线上。

作进一步优化，所述进气腔本体底部与所述超声波振动子连接处设置压力传感器。

作进一步优化，所述超声波振动子远离所述进气腔本体的一端设置软质振动头。

本发明具有如下技术效果：

本发明通过超声波振动子产生的超声波振动、并经相对较软零部件传递到3D打印工件上，从而使得打印的金属多孔植入材料上（包括内部）的金属粉末由于振动而被剥离掉，且大部分可自行脱离零部件；通过装置增加了高压喷头，使零部件内部的金属粉末在高压气流的作用下、脱离零部件内部，并被气流带走，从而利于收集。本发明装置通过第二驱动组件及齿杆的配合实现上下调节，使得装置适用于不同大小零部件的清理，使用范围更广；同时，第一驱动组件以及容器转台的配合，使得工件可以相对超声波振动子与高压喷枪进行转动，从而高压气流可以喷射作用于工件的不同外表面，以使得对工件的金属粉末清理过程更为丰富，清理得更为彻底。

本发明通过容器转台、齿杆、进气腔体、弹簧、密封组件以及限位螺母的配合，实现了在金属粉末去除过程中容器转台的完全密封，避免容器转台内腔漏气、影响内腔的高压气流环境、从而影响金属粉末的去除效果，也能有效避免金属粉从泄露出飞出、影响外部环境；同时，弹簧、超声波振动子、进气腔体的配合，有效实现超声波振动子工作过程中的缓冲，避免整个装置的工作部位老化加剧，增加装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的整体结构示意图。

图2为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的剖视图。

图3为图2的A向局部放大图。

图4为图3的B-B向剖视图。

图5为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的容器转台的结构示意图。

图6为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的进气腔体的结构示意图。

图7为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的运动状态（第一状态）示意图。

图8为本发明实施例中去除3D打印金属粉末装置的运动状态（第二状态）示意图。

其中，1、底座；2、集料器；3、过滤器；301、过滤网；302、气孔；4、第一驱动组件；401、第一电机；402、第一齿轮；403、齿轮环；5、容器转台；501、出料小孔；6、支架；7、第二驱动组件；701、第二电机；702、第二齿轮；8、齿杆；801、限位套筒；802、限位块；9、进气腔体；901、进气腔本体；902、环形密封凸台；903、进气口；9031、导气管；9032、单向电磁阀；904、螺纹安装面；905、出气口；10、弹簧；11、密封组件；111、密封板；1111、环形凹槽；1112、“T”形限位槽；112、环形滑动块；1121、“T”形限位块；113、橡胶密封圈；12、限位螺母；13、高压喷头；14、超声波振动子；141、软质振动头；142、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～8所示，一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：包括底座1、集料器2、过滤器3、第一驱动组件4、容器转台5、支架6、第二驱动组件7、齿杆8、进气腔体9、弹簧10、密封组件11、限位螺母12、超声波振动子14以及高压喷头13；

其中，底座1上端面开设第一通孔，容器转台5贯穿第一通孔且与底座1上端面转动连接，容器转台5为内部中空、顶部无盖的圆柱形结构，且容器转台5底部均匀分布若干出料小孔501；容器转台5内腔中部设置用于固定工件的固定装置，固定装置按本领域常规工装进行设计、本发明实施例中不做过多论述。集料器2设置在容器转台5底部，集料器2为锥形漏斗结构，集料器2上端面与容器转台5底面共面且与容器转台5固定连接。过滤器3设置在集料器2远离容器转台5的一端；过滤器3内部设置过滤网301，且过滤器3底部均匀分布气孔302、用于装置内部气体的排出；过滤器3顶部与集料器2底部螺纹连接。

底座1上端面、第一通孔一侧设置第一驱动组件4，用于驱动容器转台5旋转；第一驱动组件4包括第一电机401、第一齿轮402以及齿轮环403，第一电机401固定安装在底座1上端面，第一齿轮402固定套接在第一电机401输出端，齿轮环403固定套接在容器转台5外壁且与第一齿轮402啮合。第一驱动组件4远离容器转台5的一侧、底座1上端面固定连接一支架6，且支架6为“L”形支架；支架6顶面上端面、对应容器转台5的位置开设第二通孔，齿杆8贯穿第二通孔且与支架6顶面滑动连接；支架6顶面、第二通孔一侧设置第二驱动组件7，用于驱动齿杆8移动；第二驱动组件7包括第二电机701以及第二齿轮702，第二电机701固定安装在支架6顶面上端面，第二齿轮702固定套接在第二电机701输出端且第二齿轮702与齿杆8啮合。支架6顶面下端面、对应齿杆8设置限位套筒801，限位套筒801外形与齿杆8外形一致且位于齿杆8外壁，用于对齿杆8进行限位、防止齿杆8在移动过程中发生位置偏移；限位套筒801与支架8顶面下端面固定连接、且限位套筒801内壁与齿杆8外壁滑动连接。齿杆8下端固定连接一进气腔体9；齿杆8远离进气腔体9的一端端部设置限位块802，避免齿杆8移动过程中完全脱离第二通孔。

进气腔体9为一体成型件，包括进气腔本体901、环形密封凸台902、进气口903、螺纹安装面904以及出气口905，进气腔本体901为内部中空且完全密封的筒体结构，进气腔本体901上端侧面设置环形密封凸台902且环形密封凸台902上表面与进气腔本体901顶面共面、进气腔本体901顶面一侧设置进气口903，进气口903通过导气管9031连通外部高压气体装置且导气管9031上设置单向电磁阀9032，用于控制气体的流通；进气腔本体901下端侧面设置螺纹安装面904且螺纹安装面904底面与进气腔本体901底面共面、进气腔本体901底面一侧设置出气口905；出气口905与高压喷头13连通；出气口905与进气口903开设在进气腔本体901的同一侧，便于气体直接流通、避免气体在进气腔本体901循环进而减小气体流速。螺纹安装面904处设置限位螺母12且限位螺母12与螺纹安装面904螺纹连接，限位螺母12上端设置密封组件11。

密封组件11包括密封板111、环形滑动块112以及橡胶密封圈113，密封板111为中部被进气腔体9贯穿的“凸”字形结构且密封板111的凸出部靠近进气腔体9的一侧开设一环形凹槽1111，环形凹槽1111上端设置一环形滑动块112且环形滑动块112外壁与密封板111内壁滑动连接，环形滑动块112与环形凹槽1111之间设置橡胶密封圈113；密封板111的最大直径大于容器转台5的直径。环形滑动块112外壁均匀分布若干“T”形限位块1121，密封板111的凸出部内壁（即环形凹槽1111外壁）对应“T”形限位块1121设置若干“T”形限位槽1112，“T”形限位槽1112为竖直槽；“T”形限位块1121卡入“T”形限位槽1112内且能在“T”形限位槽1112内上下滑动。

环形滑动块112远离橡胶密封圈113的一侧（即环形滑动块111的上端面）设置弹簧10、且弹簧10远离环形滑动块112的一端与环形密封凸台902下端面接触；超声波振动子14设置在进气腔本体901底部中心位置；进气腔本体底部901与超声波振动子14连接处设置压力传感器142；超声波振动子14远离进气腔本体901的一端设置软质振动头141。弹簧10、进气腔体9、密封组件11、容器转台5以及超声波振动子14的中轴线在一条直线上。

工作原理：

首先，将3D打印完成后待去除金属粉末的工件放入容器转台5内并利用固定装置进行固定；然后启动第二电机701，第二电机701带动第二齿轮702转动、进而带动齿杆8向下滑动，进气腔体9、弹簧10、密封组件11、限位螺母12、超声波振动子14以及高压喷头13跟随齿杆8一起向下滑动。直至密封板111下端面与容器转台5上端面接触形成密封的工作空间、即第一状态（如图7所示）；此时第二电机701继续转动、齿杆8继续向下移动，进气腔体9、限位螺母12、超声波振动子14以及高压喷头13继续跟随齿杆8向下运动，直至软质振动头141与工件表面接触且压力传感器142检测到的力达到设定值时，第二电机701停止转动，此时整个装置处于第二状态（如图8所示），弹簧10被压缩，环形滑动块112相对密封板111向下移动，由弹簧10的弹力及容器转台5对密封板111的支撑力形成对橡胶密封圈113压缩力、导致橡胶密封圈113被压缩，从而在密封板111与进气腔本体901之间形成密封，防止漏气；同时弹簧10提供了压力以及缓冲力，避免超声波振动子14工作过程中损坏。

控制超声波振动子14工作，并同时打开单向电磁阀9032以及向进气口903通入高压气体，超声波振动子14对工件进行振动并经软质振动头141传递到3D打印工件上，从而使得打印的金属多孔植入材料上（包括内部）的金属粉末由于振动而被剥离掉，同时通过高压气体被吹出工件的孔隙，经出料小孔501落入集料器2内进行收集，高压气体经过滤网301以及气孔302从装置流出、被外部气体收集装置收集进行循环利用。

当工件一面被清理后，停止控制超声波振动子14工作、停止通入高压气体，关闭单向电磁阀9032；控制第二电机701反转、齿杆8向上移动，气腔体9、限位螺母12、超声波振动子14以及高压喷头13继续跟随齿杆8向上运动，直至超声波振动子14与高压喷头13脱离工件、压力传感器142没有任何数值；此时，控制第一电机401转动，第一电机401带动第一齿轮402转动、进而带动齿轮环402与容器转台5相对于底座1转动，然后控制第二电机701转动带动齿杆8下移，在此使软质振动头141与工件表面接触且压力传感器142检测到的力达到设定值时，停止第二电机701，继续控制超声波振动子14、单向电磁阀9032以及向进气口903工作。循环上述工作过程，直至工件内的金属粉末被完全清理为止。

待工件内的金属粉末被完全清理后，持续通入一段时间高压气体，直至被清理的金属粉末被完全收集，此后可以将粉末从集料器2与过滤器3中取出。此后，控制第二电机701运动、带动齿杆8向上运动，使得整个动作部件向上运动，从而使得软质振动头142脱离工件，进而恢复到第一状态；进一步第二电机701，整个动作部件继续上移，从而恢复到初始状态；此时工件可以被取出，并放入下一工件继续上述的金属粉末清理过程。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：包括底座（1）、集料器（2）、过滤器（3）、第一驱动组件（4）、容器转台（5）、支架（6）、第二驱动组件（7）、齿杆（8）、进气腔体（9）、弹簧（10）、密封组件（11）、限位螺母（12）、超声波振动子（14）以及高压喷头（13）；

所述底座（1）上端面开设第一通孔，所述容器转台（5）贯穿所述第一通孔且与所述底座（1）上端面转动连接，所述容器转台（5）为内部中空、顶部无盖的圆柱形结构，且容器转台（5）底部均匀分布若干出料小孔（501）；所述集料器（2）设置在所述容器转台（5）底部，所述过滤器（3）设置在所述集料器（2）远离所述容器转台（5）的一端；所述底座（1）上端面、所述第一通孔一侧设置第一驱动组件（4）；所述第一驱动组件（4）远离所述容器转台（5）的一侧、所述底座（1）上端面固定连接一支架（6），且所述支架（6）为“L”形支架；所述支架（6）顶面、对应所述容器转台（5）的位置开设第二通孔，所述齿杆（8）贯穿所述第二通孔且与所述支架（6）顶面滑动连接；所述支架（6）顶面上端面、所述第二通孔一侧设置第二驱动组件（7）；所述齿杆（8）下端固定连接一进气腔体（9）；所述进气腔体（9）为一体成型件，包括进气腔本体（901）、环形密封凸台（902）、进气口（903）、螺纹安装面（904）以及出气口（905），所述进气腔本体（901）为内部中空且完全密封的筒体结构，所述进气腔本体（901）上端侧面设置环形密封凸台（902）且所述环形密封凸台（902）上表面与所述进气腔本体（901）顶面共面、进气腔本体（901）顶面一侧设置进气口（903），所述进气腔本体（901）下端侧面设置螺纹安装面（904）且所述螺纹安装面（904）底面与所述进气腔本体（901）底面共面、进气腔本体（901）底面一侧设置出气口（905）；所述出气口（905）与所述高压喷头（13）连通；所述螺纹安装面（904）处设置限位螺母（12）且所述限位螺母（12）与所述螺纹安装面（904）螺纹连接，所述限位螺母（12）上端设置密封组件（11）；所述密封组件（11）包括密封板（111）、环形滑动块（112）以及橡胶密封圈（113），所述密封板（111）为中部被进气腔体（9）贯穿的“凸”字形结构且所述密封板（111）的凸出部靠近所述进气腔体（9）的一侧开设一环形凹槽（1111），所述环形凹槽（1111）上端设置一环形滑动块（112）且所述环形滑动块（112）外壁与所述密封板（111）内壁滑动连接，所述环形滑动块（112）与所述环形凹槽（1111）之间设置橡胶密封圈（113）；所述环形滑动块（112）远离所述橡胶密封圈（113）的一侧设置弹簧（10）、且所述弹簧（10）远离所述环形滑动块（112）的一端与所述环形密封凸台（902）下端面接触；所述超声波振动子（14）设置在所述进气腔本体（901）底部中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述集料器（2）为锥形漏斗结构，所述集料器（2）上端面与所述容器转台（5）底面共面且与容器转台（5）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述容器转台（5）内腔中部设置用于固定工件的固定装置。

4.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述第一驱动组件（4）包括第一电机（401）、第一齿轮（402）以及齿轮环（403），所述第一电机（401）固定安装在所述底座（1）上端面，所述第一齿轮（402）固定套接在所述第一电机（401）输出端，所述齿轮环（403）固定套接在所述容器转台（5）外壁且与所述第一齿轮（402 ）啮合。

5.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述第二驱动组件（7）包括第二电机（701）以及第二齿轮（702），所述第二电机（701）固定安装在所述支架（6）顶面上端面，所述第二齿轮（702）固定套接在所述第二电机（701）输出端且第二齿轮（702）与所述齿杆（8）啮合。

6.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述进气口（903）通过导气管（9031）连通外部高压气体装置且所述导气管（9031）上设置单向电磁阀（9032）。

7.根据权利要求1或6任一项所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述出气口（905）与所述进气口（903）开设在所述进气腔本体（901）的同一侧。

8.根据权利要求1或7任一项所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述密封板（111）的最大直径大于所述容器转台（5）的直径。

9.根据权利要求1所述的一种利用超声波去除3D打印金属粉末的装置，其特征在于：所述弹簧（10）、所述进气腔体（9）、所述密封组件（11）、所述容器转台（5）以及所述超声波振动子（14）的中轴线在一条直线上。

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