DE102018116773A1 - Method for producing a rotary punching cylinder by means of additive application of at least one punching contour - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders mittels additivem Aufbringen mindestens einer Stanzkontur mit Stanzlinien auf einen zylinderförmigen Stanzgrundkörper derart weiter zu vereinfachen, dass das Verfahren flexibler eingesetzt werden kann und die Stanzkontur wiederholt erneuert werden kann, werden einzelne Schichten der Stanzkontur durch abschnittsweises Aufbringen eines metallischen Pulvers auf die gekrümmte Oberfläche des Stanzgrundkörpers und anschließendem Aufschmelzen erzeugt.In order to further simplify a method for producing a rotary punching cylinder by means of additive application of at least one punching contour with punching lines to a cylindrical punching base body in such a way that the method can be used more flexibly and the punching contour can be renewed repeatedly, individual layers of the punching contour are applied in sections by applying a metallic one Powder is generated on the curved surface of the punching body and then melted.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders mittels additivem Aufbringen mindestens einer Stanzkontur mit Stanzlinien auf einen zylinderförmigen Stanzgrundkörper.The invention relates to a method for producing a rotary punching cylinder by means of additive application of at least one punching contour with punching lines to a cylindrical punching base body.
Stand der TechnikState of the art
Zur Herstellung von Stanzzylindern werden üblicherweise an den beiden Enden Zapfen ausgebildet. Darüber hinaus können an der axialen Außenseite der Mantelfläche Laufringe, sogenannte Schmitzringe, aus dem Material ausgebildet werden. Auf der Manteloberfläche selbst sind die Stanzlinien aus dem Zylinder ausgearbeitet. Diese Stanzlinien sind je nach Anwendung und zu stanzendem/schneidendem Material unterschiedlich in der Tiefe und in der Geometrie. Die Konturen der Stanzlinien sind offene oder geschlossene Konturen und bilden ein Abbild des späteren Stanzgutes.To produce stamping cylinders, pins are usually formed at both ends. In addition, raceways, so-called bearer rings, can be formed from the material on the axial outside of the lateral surface. The punching lines from the cylinder are worked out on the surface of the jacket itself. Depending on the application and the material to be punched / cut, these punching lines differ in depth and geometry. The contours of the punching lines are open or closed contours and form an image of the material to be cut later.
Für die Herstellung eines Stanzzylinders wird üblicherweise ein Rundstahl verwendet und mittels einer Drehmaschine bearbeitet. Dabei werden zuerst die Zapfen und gegebenenfalls die Laufringe erzeugt beziehungsweise aus dem Material herausgefräst oder gedreht. In einem weiteren Arbeitsgang werden die Stanzlinien mittels einer Fräsmaschine ausgearbeitet.Round steel is usually used for the production of a punching cylinder and machined by means of a lathe. First, the pins and, if necessary, the races are created or milled or turned out of the material. In a further step, the punching lines are worked out using a milling machine.
Die
Die
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention: task, solution, advantages
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders mittels additivem Aufbringen mindestens einer Stanzkontur mit Stanzlinien auf einen zylinderförmigen Stanzgrundkörper zu vereinfachen und derart flexibel auszugestalten, dass in einfacher Weise bestehende Stanzkonturen entfernt und neue Stanzkonturen aufgebracht werden können.The object of the invention is to simplify a process for producing a rotary punching cylinder by means of additive application of at least one punching contour with punching lines to a cylindrical punching base body and to design it in such a flexible manner that existing punching contours can be removed in a simple manner and new punching contours can be applied.
Erfindungsgemäß ist hierfür ein Verfahren zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders mittels additivem Aufbringen mindestens einer Stanzkontur mit Stanzlinien auf einen zylinderförmigen Stanzgrundkörper vorgesehen, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- a) Drehen beziehungsweise Rotieren des Stanzgrundkörpers um dessen Rotationsachse, und
- b) abschnittsweises Aufbringen eines metallischen Pulvers auf eine gekrümmte Oberfläche des Stanzgrundkörpers mittels einer Pulverbeschichtungseinheit, derart, dass ein Pulverbett mit einer gekrümmten Oberfläche erzeugt wird, und
- c) abschnittsweises Aufschmelzen des in Schritt b) aufgebrachten metallischen Pulvers mittels eines Lasersystems zur Ausbildung einer ersten Schicht der Stanzkontur, und
- d) translatorisches Bewegen des Stanzgrundkörpers relativ zur Pulverbeschichtungseinheit und/oder zum Lasersystem, und
- e) wiederholen der Schritte a) bis c) zur Ausbildung weiterer Schichten der Stanzkontur.
- a) rotating or rotating the punch body around its axis of rotation, and
- b) applying a metallic powder in sections to a curved surface of the punching base body by means of a powder coating unit, such that a powder bed is produced with a curved surface, and
- c) partial melting of the metallic powder applied in step b) by means of a laser system to form a first layer of the punching contour, and
- d) translational movement of the punching body relative to the powder coating unit and / or to the laser system, and
- e) repeating steps a) to c) to form further layers of the punching contour.
Unter dem additiven Aufbringen der Stanzkontur ist erfindungsgemäß ein selektives Laserschmelzen zu verstehen. Dafür wird eine Pulverschicht mit dem metallischen Pulver in definierter beziehungsweise vorgegebener Dicke auf den Stanzgrundkörper aufgebracht und mittels eines Lasers aufgeschmolzen, wobei die einzelnen Pulverpartikel partiell miteinander verschweißt werden. Das Pulver wird in Form eines einkomponentigen metallischen Pulvers aufgebracht. Beim Aufschmelzen geht das Material des metallischen Pulvers vollständig in die flüssige Phase über. Optional könnte zusätzlich vor und / oder während des Aufschmelzens das metallische Pulver gesintert, zum Beispiel vorgesintert, werden. Durch das wiederholte Aufbringen von Pulverschichten und Schmelzen wird das Volumen erzeugt. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß insbesondere vom Laserauftragsschweißen unterschieden. Beim Laserauftragsschweißen wird metallisches Pulver mittels einer Düse in ein vom Laser erzeugtes Schmelzbad auf einer Oberfläche aufgeschossen. Durch das Bewegen der Düse wird eine Schweißnaht erzeugt. Durch wiederholtes Aufbauen kann dann das Volumen erzeugt werden.According to the invention, the additive application of the stamping contour is to be understood as selective laser melting. For this purpose, a powder layer with the metallic powder is applied to the punching base body in a defined or predetermined thickness and melted by means of a laser, the individual powder particles being partially welded to one another. The powder is applied in the form of a one-component metallic powder. When melting, the material of the metallic powder changes completely into the liquid phase. Optionally, the metallic powder could also be sintered, for example pre-sintered, before and / or during the melting. The volume is created by the repeated application of powder layers and melting. According to the invention, this method is distinguished in particular from laser cladding. In laser cladding, metallic powder is sprayed onto a surface in a weld pool created by the laser using a nozzle. A weld seam is created by moving the nozzle. The volume can then be generated by repeated building.
Gemäß der Erfindung wird in Schritt a) der Stanzgrundkörper um dessen Längsachse gedreht beziehungsweise rotiert. Dabei kann der Stanzgrundkörper kontinuierlich oder auch sequentiell, das heißt abschnittsweise, während der Schritte b) und c) weitergedreht beziehungsweise rotiert werden.According to the invention, in step a) the basic punch body is rotated or rotated about its longitudinal axis. The basic punch body can be continuous or sequential, that is in sections, during steps b) and c) are rotated further or rotated.
In Schritt b) wird das Pulver mittels der Pulverbeschichtungseinheit achsparallel und flächenkonzentrisch zum Stanzgrundkörper auf dessen gekrümmte Oberfläche aufgebracht. Schritt b) wird während des Drehens oder während der Unterbrechung der Drehbewegung durchgeführt.In step b), the powder is applied by means of the powder coating unit in an axis-parallel and surface-concentric manner to the punching base body on its curved surface. Step b) is carried out during the turning or during the interruption of the turning movement.
In Schritt c) wird das metallische Pulver mit einem Laser des Lasersystems ausgeschmolzen, derart, dass die Pulverpartikel partiell miteinander verschweißt werden. Schritt c) wird während des Drehens oder während einer kurzen Unterbrechung der Drehbewegung durchgeführt.In step c), the metallic powder is melted out with a laser of the laser system in such a way that the powder particles are partially welded together. Step c) is carried out during the turning or during a brief interruption of the turning movement.
Die Schritte a), b) und c) können parallel zueinander oder aber auch sequentiell, das heißt nacheinander in wiederholten Abständen, durchgeführt werden. Beispielsweise könnte der Stanzgrundkörper kontinuierlich gedreht beziehungsweise rotiert werden, während parallel metallisches Pulver auf dessen Oberfläche aufgebracht und dieses aufgeschmolzen wird. Hierfür könnten die Pulverbeschichtungseinheit und die Belichtungsstelle in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sein, damit das zuletzt aufgebrachte Pulver während des Drehens des Stanzgrundkörpers unmittelbar anschließend kontinuierlich aufgeschmolzen werden kann und gleichzeitig bereits weiteres metallisches Pulver auf die Oberfläche des Stanzgrundkörpers aufgebracht werden kann. Alternativerweise könnten diese Schritte sequentiell hintereinander durchgeführt und metallisches Pulver während kurzer Drehpausen aufgebracht werden.Steps a), b) and c) can be carried out parallel to one another or else sequentially, that is to say successively at repeated intervals. For example, the punching body could be rotated or rotated continuously while metallic powder was applied to its surface and melted. For this purpose, the powder coating unit and the exposure point could be arranged at a distance from one another in the circumferential direction, so that the last applied powder can be melted immediately afterwards while the punching base body is rotating and at the same time further metallic powder can already be applied to the surface of the punching base body. Alternatively, these steps could be carried out sequentially and metallic powder applied during short breaks.
Mit dem Lasersystem beziehungsweise einer dem Lasersystem zugeordneten Scannereinheit werden ebenfalls gekrümmte Belichtungsflächen generiert. Somit ist sowohl die Oberfläche des Stanzgrundkörpers, die Oberfläche des aufgebrachten Pulverbetts sowie auch die generierte Belichtungsfläche gekrümmt ausgebildet. Vorzugsweise ist für die Belichtung auf der gesamten Oberfläche des aufgebrachten Pulverbetts eine konstante Intensität beziehungsweise Leistung vorgesehen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Abstand des Lasersystems oder der Scannereinheit zur gekrümmten Pulverbettoberfläche immer konstant gehalten wird.Curved exposure areas are also generated with the laser system or a scanner unit assigned to the laser system. Thus, both the surface of the punching base body, the surface of the powder bed applied and the generated exposure surface are curved. A constant intensity or power is preferably provided for the exposure on the entire surface of the powder bed applied. This can be achieved, for example, by keeping the distance between the laser system or the scanner unit and the curved powder bed surface always constant.
In Schritt d) wird der Stanzgrundkörper relativ zur Pulverbeschichtungseinheit und/oder zum Lasersystem und/oder zur Scannereinheit verändert, damit der Abstand zwischen Stanzgrundkörper und Pulverbeschichtungseinheit und/oder dem Lasersystem und/oder der Scannereinheit für das Aufbringen der nächsten Schicht angepasst werden kann. Bevorzugterweise wird der Abstand dabei um die zuletzt aufgebrachte Pulverschichtdicke vergrößert. Hierfür kann der Stanzgrundkörper und/oder die Pulverbeschichtungseinheit und/oder das Lasersystem und/oder die Scannereinheit verfahren beziehungsweise bewegt werden.In step d), the punching base body is changed relative to the powder coating unit and / or to the laser system and / or to the scanner unit, so that the distance between the punching base body and powder coating unit and / or the laser system and / or the scanner unit can be adapted for applying the next layer. The distance is preferably increased by the last powder layer thickness applied. For this purpose, the punching body and / or the powder coating unit and / or the laser system and / or the scanner unit can be moved or moved.
Zur Durchführung des Herstellungsverfahrens ist vorzugsweise eine Prozesskammer vorgesehen, in welcher der Stanzgrundkörper angeordnet wird. Besonders bevorzugterweise ist die Prozesskammer adaptiv ausgebildet, um unterschiedliche Zylinderlängen und/oder Durchmesser in derselben Anlage fertigen zu können.A process chamber is preferably provided for carrying out the production process, in which the punching base body is arranged. The process chamber is particularly preferably designed to be adaptive in order to be able to produce different cylinder lengths and / or diameters in the same system.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist es nicht mehr nötig, wie bei im Stand der Technik bekannten Verfahren die Stanzkontur aus dem Stanzgrundkörper herauszufräsen beziehungsweise freizufräsen. Bei im Stand der Technik bekannten Verfahren wird der Stanzgrundkörper üblicherweise in einem ersten Schritt abgedreht, wobei die Konturen der Zapfen und Schmitzringe vorbereitet werden sowie gegebenenfalls der Durchmesser des Stanzgrundkörpers angepasst wird. Anschließend wird das Material gehärtet und die Zapfen beziehungsweise Schmitzringe gegebenenfalls geschliffen. Danach erst wird die Stanzkontur mittels Freifräsen auf der Oberfläche des Stanzgrundkörpers erzeugt. Dabei wird Material des Stanzgrundkörpers entfernt.As a result of the manufacturing method according to the invention, it is no longer necessary, as in the case of methods known in the prior art, to mill out or to mill out the punching contour from the punching base body. In methods known in the prior art, the stamping base body is usually turned off in a first step, the contours of the pins and bearer rings being prepared and, if appropriate, the diameter of the stamping base body being adapted. The material is then hardened and the pins or bearer rings are ground if necessary. Only then is the punch contour created by milling on the surface of the punch body. Material of the punching base body is removed.
Im Gegensatz hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels selektivem Laserschmelzen die Stanzkontur auf die gekrümmte Oberfläche des Stanzgrundkörpers aufgebracht. Ein Freifräsen der Stanzkontur ist deshalb nicht mehr erforderlich. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem Schritt f) nach dem Fertigen der Stanzkonturen diese gehärtet wird.In contrast to this, in the method according to the invention, the punching contour is applied to the curved surface of the punching body by means of selective laser melting. It is therefore no longer necessary to mill the punch contour. It is preferably provided that in step f) after the stamping contours have been produced, they are hardened.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass vor Schritt b) mittels Abdrehen des Stanzgrundkörpers auf einen definierten beziehungsweise vorgegebenen Durchmesser des Stanzgrundkörpers abschnittsweise reduziert wird, wobei insbesondere Zapfen und/oder Schmitzringe an Seitenbereichen des Stanzgrundkörpers ausgebildet werden. Dabei werden die Grobkontur und/oder die Seitenbereiche erzeugt. Die eigentliche Stanzkontur wird in diesem Schritt nicht mittels Abdrehen und/oder mittels Abschleifen und/oder Fräsen des Stanzgrundkörpers hergestellt.Furthermore, it is preferably provided that, prior to step b), sections are reduced to a defined or predetermined diameter of the punching base body by twisting off the punching body, in particular pins and / or bearer rings being formed on side regions of the punching body. The rough contour and / or the side areas are generated. The actual punching contour is not produced in this step by turning off and / or by grinding and / or milling the basic punching body.
Bevorzugterweise werden nach dem Ausbilden der Schichten der Stanzkontur diese und/oder die Schmitzringe geschliffen und/oder geschärft.After the layers of the punching contour have been formed, these and / or the bearer rings are preferably ground and / or sharpened.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass vor Schritt b) eine bereits auf dem Stanzgrundkörper angeordnete Stanzkontur abgedreht und/oder abgeschliffen wird. Hierdurch ist eine einfache und sehr oft wiederholbare Wiederverwendung des Stanzgrundkörpers möglich. Da im Gegensatz zum Stand der Technik die Stanzkontur nicht durch Freifräsen, sondern durch additives Aufbringen erzeugt wurde, kann diese in einfacher Weise vor dem Erzeugen einer neuen Stanzkontur entfernt werden, ohne dabei den Durchmesser des eigentlichen Stanzgrundkörpers wesentlich zu verringern.Furthermore, it is preferably provided that before step b) a punching contour already arranged on the punching base body is turned off and / or ground. This enables a simple and very often repeatable reuse of the punching base body. Since, in contrast to the prior art, the punching contour was not generated by free milling, but by additive application, it can be removed in a simple manner before a new punching contour is created, without significantly reducing the diameter of the actual punching base body.
In Schritt b) wird das metallische Pulver bevorzugterweise aus einem vom Material des Stanzgrundkörpers unterschiedlichem Material aufgebracht. Somit kann die Stanzkontur beispielsweise aus einem höherwertigen Stahl im Vergleich zum Material des Stanzgrundkörpers ausgebildet werden. Hierdurch kann eine längere Haltbarkeit des erzeugten Stanzzylinders gewährleistet werden, ohne die Kosten zu sehr zu erhöhen. Der Großteil des Volumens des Stanzzylinders, nämlich der des Stanzgrundkörpers kann immer noch aus einem kostengünstigen Stahl bereitgestellt werden.In step b), the metallic powder is preferably applied from a material that is different from the material of the punching base body. The punching contour can thus be formed, for example, from a higher quality steel compared to the material of the punching base body. In this way, a longer durability of the punching cylinder produced can be ensured without increasing the costs too much. Most of the volume of the punching cylinder, namely that of the punching body, can still be made of inexpensive steel.
Des Weiteren wird der Stanzgrundkörper bevorzugterweise zumindest während der Schritte b) und c) kontinuierlich weitergedreht beziehungsweise weiter rotiert. Somit ist es möglich, die Schritte b) und c), nämlich der Pulverauftrag und das anschließende Aufschmelzen, parallel und kontinuierlich Schicht für Schicht durchzuführen.Furthermore, the punching base body is preferably rotated or rotated continuously at least during steps b) and c). It is thus possible to carry out steps b) and c), namely the powder application and the subsequent melting, in parallel and continuously layer by layer.
Bevorzugterweise wird in Schritt c) mindestens ein Laserstrahl des Lasersystems mittels mindestens einer Scannereinheit in Längsrichtung des Stanzgrundkörpers ausgerichtet und die Leistung des Laserstrahls geregelt beziehungsweise eingestellt. Unter Längsrichtung des Stanzgrundkörpers ist eine achsparallele Bewegung beziehungsweise Ausrichtung zu verstehen. Es können optional, beispielsweise in Abhängigkeit von der Länge des Stanzgrundkörpers, auch mehrere Laser und/oder Scannereinheiten verwendet werden. Zum Beispiel könnten entlang der Länge eines Stanzgrundkörpers zwei oder mehr hintereinander angeordnete Laser und Scannereinheiten vorgesehen sein, damit in einfacher Weise auch lange Stanzgrundkörper entlang deren gesamten Länge in einem Schritt bearbeitet werden können.In step c), at least one laser beam of the laser system is preferably aligned in the longitudinal direction of the punching base body by means of at least one scanner unit, and the power of the laser beam is regulated or adjusted. The longitudinal direction of the punching base body is to be understood as an axis-parallel movement or alignment. Several lasers and / or scanner units can optionally also be used, for example depending on the length of the punching base body. For example, two or more lasers and scanner units arranged one behind the other could be provided along the length of a punching base body, so that even long punching base bodies can be processed in a simple manner along their entire length.
Während des Drehens beziehungsweise Rotierens des Stanzgrundkörpers wird in Schritt a) bevorzugterweise kontinuierlich das metallische Pulver gemäß der Schritte b) und c) abschnittsweise aufgebracht und anschließend aufgeschmolzen. In step a), the metallic powder according to steps b) and c) is preferably applied continuously in sections and then melted while the punching base body is being rotated or rotated.
Erfindungsgemäß ist ferner ein rotativer Stanzzylinder mit einer auf einem zylinderförmigen Stanzgrundkörper aufgebrachten Stanzkontur vorgesehen, wobei der Stanzzylinder gemäß einem vorbeschrieben Verfahren hergestellt wurde.According to the invention, a rotary punching cylinder with a punching contour applied to a cylindrical punching base body is further provided, the punching cylinder having been produced according to a previously described method.
Auch ist erfindungsgemäß eine Herstellungsanlage zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders mittels additivem Aufbringen mindestens einer Stanzkontur auf einen zylinderförmigen Stanzgrundkörper gemäß eines vorbeschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei die Herstellungsanlage zumindest eine Pulverbeschichtungseinheit, ein Lasersystem und einen Antrieb oder mehrere Antriebe zum Drehen beziehungsweise Rotieren und zum translatorischen Bewegen des Stanzgrundkörpers relativ zur Pulverbeschichtungseinheit und/oder zum Lasersystem und/oder zur Scannereinheit aufweist.According to the invention, a production system for producing a rotary punching cylinder by means of additive application of at least one punching contour to a cylindrical punching base body according to a previously described method is also provided, the manufacturing system comprising at least one powder coating unit, one laser system and one drive or several drives for rotating or rotating and translationally moving the Has punch body relative to the powder coating unit and / or to the laser system and / or to the scanner unit.
Vorzugsweise weist die Herstellungsanlage ferner eine adaptive Prozesskammer auf, um unterschiedliche Zylinderlängen und/oder Durchmesser in derselben Anlage fertigen zu können.The production system preferably also has an adaptive process chamber in order to be able to produce different cylinder lengths and / or diameters in the same system.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using preferred embodiments.
Sie zeigen schematisch:
-
1 : einzelne Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders, -
2 : eine perspektivische Ansicht eines rotativen Stanzzylinders, und -
3 : eine Herstellungsanlage zur Herstellung eines rotativen Stanzzylinders.
-
1 : individual steps of a method for producing a rotary punching cylinder, -
2 : a perspective view of a rotary punch cylinder, and -
3 : a manufacturing plant for the manufacture of a rotary punching cylinder.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
In
Im nächsten Schritt
In weiteren Schritten
In einem nächsten Schritt
In
Der Stanzgrundkörper
Im Bereich des Scheitelpunkts des Stanzgrundkörpers
Das metallische Pulver
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Rotativer StanzzylinderRotary punch cylinder
- 200200
- Herstellungsanlage manufacturing plant
- 1010
- Stanzkonturdieline
- 1111
- StanzgrundkörperPunch body
- 1212
- Metallisches PulverMetallic powder
- 1313
- Oberfläche des StanzgrundkörpersSurface of the punch body
- 1414
- PulverbeschichtungseinheitPowder coating unit
- 1515
- Lasersystemlaser system
- 1616
- Antriebdrive
- 1717
- Temperiereinheittemperature control
- 1818
- Scannereinheitscanner unit
- 1919
- Zapfenspigot
- 2020
- SchmitzringeSchmitz rings
- 2121
- Längsachse des StanzgrundkörpersLongitudinal axis of the punch body
- 2222
- Prozesskammerprocess chamber
- 2323
- Pulverbettpowder bed
- 2424
- Erste Schicht der StanzkonturFirst layer of the punch contour
- 2525
- Laserstrahllaser beam
- 2626
- Schutzgasprotective gas
- 2727
- Zahnradgear
- 2828
- Translatorische RichtungTranslatory direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102014110632 A1 [0004]DE 102014110632 A1 [0004]
- DE 102008012063 B4 [0005]DE 102008012063 B4 [0005]
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