CN218701305U - 阵列式多喷嘴3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种阵列式多喷嘴3D打印机，运动组件连接阵列式打印头和打印平台，分别驱动阵列式打印头移动和打印平台移动或旋转；阵列式打印头包括阵列打印头导轨，以及连接在阵列打印头导轨上的一个或多个凝胶喷嘴滑动模组以及高温喷嘴滑动模组；凝胶喷嘴滑动模组上设置有凝胶喷嘴滑动模组固定孔、凝胶输送接口以及与凝胶输送接口连通的凝胶打印喷嘴；高温喷嘴滑动模组上设置有高温喷嘴滑动模组固定孔、高分子材料接口以及与高分子材料接口连通的高温喷嘴；凝胶喷嘴滑动模组固定孔和高温喷嘴滑动模组固定孔分别通过螺丝紧固/滑动连接在阵列打印头导轨上。本实用新型的多个打印喷头能够同时工作，可实现高通量、规模化的打印。

Description

阵列式多喷嘴3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印设备技术领域，具体地，涉及阵列式多喷嘴3D打印机。

背景技术

3D打印技术，是一种利用计算机辅助，结合3D打印机实现逐层制造的一种技术。熔融挤出堆积(FDM)是最常见的形式。很多挤出式生物3D打印机由FDM的形式改装而来。挤出式生物3D打印机由单喷头，发展到多个喷头(上普博源的Biomaker2为双头，瑞典Cellink的BioX为三头，CELLINK BIO MDX系列为6个打印头)。然而，实际打印过程却只有单个喷头在工作，其他喷头可在切换后才工作，但始终只有一个打印头工作。由单条丝线构建成面，然后堆积形成立体结构，这样导致打印效率低、很难实现规模化的打印。

公开号为CN109334005A的专利文献公开了一种多喷嘴3D打印机，包括主体外壳、控制器和数据处理器，主体外壳包括顶板、底板、支柱一、支柱二、支柱三和支柱四，支柱一、支柱二、支柱三和支柱四的上端均固定在顶板的下表面，支柱一、支柱二、支柱三和支柱四的下端均固定在底板的上表面；所述的顶板和底板之间设置有打印基台和喷嘴，喷嘴均连接有导料管，导料管的另一端连接有储料箱，且导料管上均设置有阀门，所述的顶板的下表面设置有能够带动喷嘴进行上、下位置调节的调节机构一，底板上设置有能够带动打印基台进行横向及纵向位置调节的调节机构二。但是该专利文献与本申请的技术方案不同。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种阵列式多喷嘴3D打印机。

根据本实用新型提供的一种阵列式多喷嘴3D打印机，包括打印机壳体，所述打印机壳体内通过隔板分隔为打印室以及控制室；

所述打印室内设置有：阵列式打印头、打印平台以及运动组件，所述运动组件连接所述阵列式打印头和所述打印平台，分别驱动所述阵列式打印头移动和所述打印平台移动或旋转，所述打印平台具有可旋转结构；

所述阵列式打印头包括阵列打印头导轨，以及连接在所述阵列打印头导轨上的一个或多个凝胶喷嘴滑动模组以及高温喷嘴滑动模组；

所述凝胶喷嘴滑动模组上设置有凝胶喷嘴滑动模组固定孔、凝胶输送接口以及与所述凝胶输送接口连通的凝胶打印喷嘴；所述高温喷嘴滑动模组上设置有高温喷嘴滑动模组固定孔、高分子材料接口以及与所述高分子材料接口连通的高温喷嘴；所述凝胶喷嘴滑动模组固定孔和所述高温喷嘴滑动模组固定孔分别通过螺丝或顶丝紧固/滑动连接在所述阵列打印头导轨上。

优选的，所述高温喷嘴滑动模组上还设置有散热风扇。

优选的，所述阵列打印头导轨上开设有阵列打印头导轨的固定孔，所述阵列打印头导轨的固定孔通过螺丝或顶丝连接在所述运动组件上。

优选的，所述运动组件包括X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；

所述阵列式打印头连接所述X轴运动组件，所述X轴运动组件连接所述Y轴运动组件，所述打印平台连接所述Z轴运动组件。

优选的，所述X轴运动组件、所述Y轴运动组件和所述Z轴运动组件采用丝杆结构或传送带。

优选的，所述打印平台包括：旋转平台、轴连器和电机组件；

所述旋转平台通过所述轴连器连接所述电机组件；所述电机组件连接设置在所述运动组件上。

优选的，所述打印室内还设置有控温装置、除湿装置、蓝光固化装置以及照明装置。

优选的，还包括高分子线材挤出组件，所述高分子线材挤出组件的输出端连接所述高分子材料接口。

优选的，所述高分子线材挤出组件包括挤出模块和聚四氟乙烯管；

所述挤出模块通过所述聚四氟乙烯管与所述高分子材料接口连通设置。

优选的，还包括凝胶前驱体溶液输送组件，所述凝胶前驱体溶液输送组件的输出端连接所述凝胶输送接口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型的多个打印喷头能够同时工作，可实现高通量、规模化的打印；

2、本实用新型通过设置可旋转的打印平台，可以进一步的提升提高打印速度和效率；

3、本实用新型可以实现高分子线材和水凝胶材料的同时打印，适应不同组织工程需要；

4、本实用新型能够使用不同颜色的高分子线材或不同墨水材料，可以实现彩色或不同材料的打印。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的阵列式多喷嘴3D打印机的结构示意图；

图2为本实用新型的阵列式多喷嘴3D打印机为突出显示阵列式打印头的结构示意图一；

图3为本实用新型的阵列式多喷嘴3D打印机为突出显示阵列式打印头的结构示意图二；

图4为本实用新型的阵列式多喷嘴3D打印机为突出显示阵列式打印头的结构示意图三。

图中示出：

溶液输送控制面板1 凝胶打印喷嘴18

蠕动泵2 挤出模块19

分流装置3 旋转平台20

隔板4 轴连器21

平台固定板5 电机组件22

Z轴丝杆电机6 打印平台控制面板23

Z轴导轨7 打印平台电源开关24

高温喷嘴8 3D打印控制面板25

阵列式打印头9 加热筒26

X轴导轨10 阵列打印头导轨27

除湿模块11 阵列打印头导轨的固定孔28

照明装置12 凝胶喷嘴滑动模组29

除湿控制面板13 凝胶输送接口30

Y轴丝杆电机14 凝胶喷嘴滑动模组固定孔31

Y轴导轨15 高温喷嘴滑动模组32

X轴丝杆电机16 高分子材料接口33

散热风扇17 高温喷嘴滑动模组固定孔34

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1～4所示，本实施例提供一种阵列式多喷嘴3D打印机，包括打印机壳体，打印机壳体内通过隔板4分隔为打印室以及控制室，打印室内设置有：阵列式打印头9、打印平台以及运动组件，运动组件分别驱动连接阵列式打印头和打印平台，分别驱动阵列式打印头和打印平台移动，打印平台具有可旋转结构。

阵列式打印头包括阵列打印头导轨27，以及连接在阵列打印头导轨27上的一个或多个凝胶喷嘴滑动模组29以及高温喷嘴滑动模组32，凝胶喷嘴滑动模组29上设置有凝胶喷嘴滑动模组固定孔31、凝胶输送接口30以及与凝胶输送接口30连通的凝胶打印喷嘴18，高温喷嘴滑动模组32上设置有高温喷嘴滑动模组固定孔34、高分子材料接口33以及与高分子材料接口33连通的高温喷嘴8，凝胶喷嘴滑动模组固定孔31和高温喷嘴滑动模组固定孔34分别通过螺丝紧固/滑动连接在阵列打印头导轨27上。凝胶喷嘴滑动模组29采用滑动块，高温喷嘴滑动模组32采用滑动块。阵列打印头导轨27上标有刻度。阵列打印头中的凝胶喷嘴滑动模组29和高温喷嘴滑动模组32能够同时打印或分别打印。凝胶喷嘴滑动模组29能够负载细胞，实现带细胞打印。

本实施例的多喷嘴3D打印机还包括高分子线材挤出组件，高分子线材挤出组件的输出端连接高分子材料接口33，本实施例的多喷嘴3D打印机还包括凝胶前驱体溶液输送组件，凝胶前驱体溶液输送组件的输出端连接凝胶输送接口30。高分子线材挤出组件包括挤出模块19和聚四氟乙烯管，挤出模块通过聚四氟乙烯管与高分子材料接口33连通设置。挤出模块19采用挤出机，挤出机连接到3D打印主板上，由3D打印控制面板25控制。

高温喷嘴滑动模组32上还设置有散热风扇17。打印室内还设置有控温装置、除湿装置、蓝光固化装置以及照明装置12。控温装置包括加热筒、高温喷嘴的加热模块以及旋转平台上的PI加热膜，加热元器件不限于PI加热膜、加热硅胶、陶瓷发热片、金属加热棒等，加热筒、高温喷嘴的加热模块、旋转平台的加热膜，三者是彼此独立的，高温喷嘴的加热模块和旋转平台的加热膜在打印高分子材料时，有加热温度的配合，例如PLA打印，喷嘴210℃，旋转平台50℃，PCL打印，喷嘴80℃，平台25℃，两者均通过导线连接到3D打印机的控制主板上，加热筒独立控温，用于凝胶前驱体溶液的加热或是保温，与3D打印机的控制主板共用电源。除湿装置包括除湿模块11和除湿控制面板13，除湿模块11采用除湿器，除湿器与除湿控制面板13电连接。蓝光固化装置由蓝光LED灯带组成、固定在凝胶喷嘴滑动模组29的底部，连接3D打印控制面板25。照明装置12由白光LED灯带组成。

运动组件包括X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，阵列式打印头驱动连接X轴运动组件，X轴运动组件驱动连接Y轴运动组件，打印平台驱动连接Z轴运动组件，X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件采用丝杆结构。X轴运动组件包括X轴丝杆电机16和X轴导轨10，X轴丝杆电机16上设置有X滑块，阵列式打印头9设置在X滑块上，X滑块通过X轴丝杆电机16沿X轴导轨10滑动；Y轴运动组件包括Y轴丝杆电机14和Y轴导轨15，X轴导轨10的两端设置有Y滑块，X轴丝杆电机16连接设置在Y轴丝杆电机14上，Y滑块通过Y轴丝杆电机14沿Y轴导轨15滑动；Z轴运动组件包括Z轴丝杆电机6和Z轴导轨7，Z轴丝杆电机6上设置有Z滑块，打印平台通过平台固定板5连接设置在Z滑块上，Z滑块通过Z轴丝杆电机6沿Z轴导轨7滑动。X轴导轨10、Y轴导轨15以及Z轴导轨7上均连接设置有限位开关，限位开关连接3D打印主板，由3D打印控制面板25控制。

阵列打印头导轨27上开设有阵列打印头导轨的固定孔28，阵列打印头导轨的固定孔28通过螺丝连接在运动组件上。

打印平台包括：旋转平台20、轴连器21和电机组件22，旋转平台20通过轴连器21连接电机组件22，电机组件22连接设置在运动组件上。电机组件22为如下任意一种：步进电机、伺服电机或是直线电机，本实施例中，电机组件22为步进电机。

实施例2：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

如图1所示，本实施例提供一种多喷嘴3D打印机，包含阵列式打印头9、打印平台、高分子线材挤出组件、凝胶前驱体溶液输送组件、运动组件、控温装置、除湿装置、蓝光固化装置以及照明装置12。

如图2所示，为阵列式打印头的结构示意图，阵列式打印头包括高温喷嘴8、凝胶打印喷嘴18、散热风扇17、阵列打印头导轨27、凝胶喷嘴滑动模组29、高温喷嘴滑动模组32等。高温喷嘴8和散热风扇17接控制主板，可以通过3D打印控制面板25调节。

高温喷嘴8、凝胶打印喷嘴18均采用模块化设计，且可自由移动，可根据需要调整打印头个数或打印头间距。凝胶打印喷嘴18的滑动和固定，可由松紧凝胶喷嘴滑动模组29的螺丝实现。高温喷嘴8的滑动和固定，可由松紧高温喷嘴滑动模组32处的螺丝实现。阵列式打印头通过螺丝螺母固定在X轴导轨10的滑台上。

打印平台由旋转平台20、轴连器2、步进电机22、打印平台控制面板23以及打印平台开关24等组成，可独立调节，步进电机22、打印平台控制面板23以及打印平台开关24依次电连接。步进电机22连接在平台固定板5上，平台固定板5与Z轴丝杆电机6的Z滑块连接，从而实现打印平台的升降。

高分子线材挤出组件由挤出模块19、聚四氟乙烯管等组成，连接到3D打印机的控制主板上。本实施例中挤出模块采用远程挤出，也可以采用近程挤出，或者两者相结合的方式输送高分子线材，为减轻阵列式打印头的重量，在优选例中，采用远程挤出方式送料。在其他实施例中，高分子线材挤出组件可以由挤出机、聚四氟乙烯管等组成。

凝胶前驱体溶液输送组件由溶液输送控制面板1、蠕动泵2、分流装置3、导管、加热筒26等组成，导管的一端连接凝胶前驱体溶液的储液容器(置于加热筒26中)，导管的另一端与分流装置3连接，分流后的导管与与阵列打印头9的凝胶打印喷嘴18连接，溶液输送控制面板1可调节溶液的输送速度和模式(定时、定量或持续输送)。蠕动泵2作为液体输送提供动力，可由注射泵、抽水泵等其他形式替换，此外，也可以采用气体作为动力单元。

运动组件由X轴丝杆电机16、Y轴丝杆电机14、Z轴丝杆电机6、X轴导轨10、Y轴导轨15、Z轴导轨7、滑块、限位开关等组成，连接控制主板，可以通过3D打印控制面板调节。丝杆电机也可由伺服电机、直线电机等替换。

控温装置由加热筒26、高温喷嘴的加热模块、旋转平台20上的PI加热膜等元器件组成。所用加热元器件不限于PI加热膜、加热硅胶、陶瓷发热片、金属加热棒等。

除湿装置由除湿模块11、除湿控制面板13等组成，可独立调节。

蓝光固化装置由蓝光LED灯带或灯珠组成，固定在凝胶喷嘴滑动模组29的底部，连接控制主板，可以通过3D打印控制面板调节光照强度。光源不仅限于蓝光，其他波长的光源也可以使用，取决于所用的引发剂体系。

照明装置12由白光LED灯带组成，可独立调节。

实施例3：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例以打印40*40mm厚度为3mm的模型为例，层高为0.1mm。

切片后，使打印头的运动只沿着Y轴方向，来回走直线，距离为40mm，每走一次，旋转平台20下降0.1mm。在打印平台控制面板23上设置参数，实现旋转平台20顺时针旋转90度，一段时间后，则逆时针旋转90度，使得平台旋转和阵列打印头9的来回运动保持一致。

将4种的PLA线材，安装到挤出模块19中，在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，高温喷嘴8的温度为210℃，旋转平台20的温度为50℃。打印速度为40mm/s。由于阵列打印头9只走直线，无需走折线，且旋转平台20往复90度旋转，实现打印方向的更换，从而，提高打印速度，提高打印效率。

此外，如果使用不同颜色的高分子线材，还可以实现XY平面方向的彩色打印。为进一步提升打印效果，可以通过除湿控制面板13设置合适的湿度，避免环境对打印的影响。

实施例4：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例以打印40*40mm厚度为3mm的模型为例，层高为0.2mm。切片后，使打印头的运动只沿着Y轴方向，来回走直线，距离为40mm，每走一次，旋转平台20下降0.2mm。在打印平台控制面板23上设置参数，实现旋转平台20顺时针旋转90度，一段时间后，则逆时针旋转90度，使得平台旋转和阵列打印头9的来回运动保持一致。

将凝胶前驱体溶液输送组件的蠕动泵2的进料管加入到水凝胶前驱体中，如需加热，可将装有水凝胶前驱体的瓶子放在加热筒26中。在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，打开固定在凝胶喷嘴滑动模组29的蓝光LED灯带，并设置合适的光强度(50％)、打印速度为12mm/s。由于阵列打印头9只走直线，无需走折线，且旋转平台20往复90度旋转，实现打印方向的更换，从而，提高打印速度，提高打印效率。

此外，将打印设备放置在超净台中，凝胶前驱体溶液加载细胞，可以实现带细胞的打印。如果使用不同颜色的墨水材料，还可以实现水凝胶的Z轴方向的彩色打印。为进一步提升打印效果，可以通过除湿控制面板13设置合适的湿度，避免环境对打印的影响。

实施例5：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例以打印5*5mm厚度为3mm的模型为例，层高为0.25mm，50％的填充率。可以一次打印4个模型，将4段的PCL线材，安装到挤出模块19中，在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，高温喷嘴8的温度为100℃，旋转平台20的温度为30℃，打印速度为40mm/s。打开打印平台电源开关24，实现旋转平台20的自锁，避免干扰平台的上下运动。如果使用不同颜色的PCL材料，可以实现一次打印，就可以得到不同颜色的模型。为进一步提升打印效果，可以通过除湿控制面板13设置合适的湿度，避免环境对打印的影响。

实施例6：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例以打印5*5mm厚度为3mm的模型为例，层高为0.3mm，50％的填充率。将凝胶前驱体溶液输送组件的蠕动泵2的进料管加入到凝胶前驱体溶液中，如需加热，可将装有水凝胶前驱体的瓶子放在加热筒26中。在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，打开固定在凝胶喷嘴滑动模组29的蓝光LED灯带，并设置合适的光强度(50％)、打印速度为12mm/s，打开打印平台电源开关24，实现旋转平台20的自锁，避免干扰平台的上下运动。因设置多个凝胶打印喷嘴18，单次打印，可以得到多个模型，从而实现高通量、批量化的打印。为进一步提升打印效果，可以通过除湿控制面板13设置合适的湿度，避免环境对打印的影响。

实施例7：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本实施例以打印40*40mm厚度为3mm的模型为例，层高为0.25mm。切片后，使打印头的运动只沿着Y轴方向，来回走直线，距离为40mm，每走一次，旋转平台20下降0.25mm。

调节高温喷嘴8的间距，凝胶打印喷嘴18的间距，使得凝胶打印喷嘴18在两个高温喷嘴8之间，在打印平台控制面板23上设置参数，实现旋转平台20顺时针旋转90度，一段时间后，则逆时针旋转90度，使得平台旋转和阵列打印头9的来回运动保持一致。

将凝胶前驱体溶液输送组件的蠕动泵2的进料管加入到凝胶前驱体溶液中。在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，打开固定在散热风扇17上的蓝光LED灯带，并设置合适的光强度(50％)、打印速度为12mm/s。

将4种的PLA线材，安装到挤出模块19中，在3D打印机控制面板25上设置好打印参数，高温喷嘴8的温度为210℃，旋转平台20的温度为50℃。

如此，就可以实现高分子线材和水凝胶材料同时打印，可以避免水凝胶材料直接打印成型不好的问题，提高了成型效率，可以满足不同的组织工程需求。为进一步提升打印效果，可以通过除湿控制面板13设置合适的湿度，避免环境对打印的影响。

本实用新型的多个打印喷头能够同时工作，可实现高通量、规模化的打印。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，包括打印机壳体，所述打印机壳体内通过隔板(4)分隔为打印室以及控制室；

所述打印室内设置有：阵列式打印头(9)、打印平台以及运动组件，所述运动组件连接所述阵列式打印头和所述打印平台，分别驱动所述阵列式打印头移动和所述打印平台移动或旋转，所述打印平台具有可旋转结构；

所述阵列式打印头包括阵列打印头导轨(27)，以及连接在所述阵列打印头导轨(27)上的一个或多个凝胶喷嘴滑动模组(29)以及高温喷嘴滑动模组(32)；

所述凝胶喷嘴滑动模组(29)上设置有凝胶喷嘴滑动模组固定孔(31)、凝胶输送接口(30)以及与所述凝胶输送接口(30)连通的凝胶打印喷嘴(18)；所述高温喷嘴滑动模组(32)上设置有高温喷嘴滑动模组固定孔(34)、高分子材料接口(33)以及与所述高分子材料接口(33)连通的高温喷嘴(8)；所述凝胶喷嘴滑动模组固定孔(31)和所述高温喷嘴滑动模组固定孔(34)分别通过螺丝或顶丝紧固/滑动连接在所述阵列打印头导轨(27)上。

2.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述高温喷嘴滑动模组(32)上还设置有散热风扇(17)。

3.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述阵列打印头导轨(27)上开设有阵列打印头导轨的固定孔(28)，所述阵列打印头导轨的固定孔(28)通过螺丝或顶丝连接在所述运动组件上。

4.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述运动组件包括X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；

所述阵列式打印头连接所述X轴运动组件，所述X轴运动组件连接所述Y轴运动组件，所述打印平台连接所述Z轴运动组件。

5.根据权利要求4所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述X轴运动组件、所述Y轴运动组件和所述Z轴运动组件采用丝杆结构或传送带。

6.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述打印平台包括：旋转平台(20)、轴连器(21)和电机组件(22)；

所述旋转平台(20)通过所述轴连器(21)连接所述电机组件(22)；所述电机组件(22)连接设置在所述运动组件上。

7.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述打印室内还设置有控温装置、除湿装置、蓝光固化装置以及照明装置(12)。

8.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，还包括高分子线材挤出组件，所述高分子线材挤出组件的输出端连接所述高分子材料接口(33)。

9.根据权利要求8所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，所述高分子线材挤出组件包括挤出模块(19)和聚四氟乙烯管；

所述挤出模块(19)通过所述聚四氟乙烯管与所述高分子材料接口(33)连通设置。

10.根据权利要求1所述的阵列式多喷嘴3D打印机，其特征在于，还包括凝胶前驱体溶液输送组件，所述凝胶前驱体溶液输送组件的输出端连接所述凝胶输送接口(30)。

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