JP2019171881A - 3次元物体を作製する設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】柔軟に使用可能で、作製動作において変化する要求に適合可能で、高効率かつ高速に製造可能である、3次元物体を作製する設備を得る。【解決手段】3次元物体を作製する設備(1)は、第1のケーシングユニット(3)内に配置された少なくとも1つの処理ステーション(4)と、第2のケーシングユニット(6)内において、造形コンテナ(5)から作製された物体(2)を取り出すための取扱ステーション(7)とを有し、ケーシングユニット(3,6)は、互いに接して設置された形態又は部分的に分離された形態で、ケーシングユニット(3,6)の側壁領域(10)に設けられた供給開口部(11)を介してトンネル(12)又はトンネル連鎖体により統合され、トンネル(12)又はトンネル連鎖体は造形コンテナ(5)及び別の走行可能なコンテナ又は走行可能なモジュールのための走行路(13)を形成する。【選択図】図1

Description

本発明は、3次元物体のそれぞれの横断面に対応する箇所で光線により硬化可能な造形材料の層を順次硬化させることによって、3次元物体を作製する設備に関する。この種の設備は、対象物を生成的に造形する設備とも称され、所謂SLM(選択的レーザ溶融)又はSLS(選択的レーザ焼成)装置を有する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、硬化すべき造形材料が、例えば、造形すべき箇所に噴射され、そこで、例えば、レーザ光線によって溶融されて、凝固の際に硬化し、これにより生成的に造形部分を形成する更に別の装置にも拡張される。
この形式の公知の装置は、通常、本来の層単位の生成的な造形プロセスを実施する処理ステーションを有し、そのために、大抵は造形コンテナを使用している。第2のケーシング又はケーシング部分内に、少なくとも1つの処理ステーションと少なくとも1つの取扱ステーションの間を走行可能な造形コンテナから、作製された物体を取り出すための取扱ステーションを配置することも既に公知である。この種の装置は、例えば、特許文献1から明らかであり、そこでは、1つの関連するケーシングユニット内に処理ステーションも取出ステーションも設けられており、造形コンテナは、前記の2つのステーションの間で往復走行することができる。
この公知の装置は、それ自体を閉鎖されたユニットとして拡張できないことが欠点である。
更に、特許文献2から、複数の取扱ステーションを備えた前記の形式の装置が明らかである。それらの取扱ステーションは、実質的に並んで配置されており、取扱モジュールとして個々に、或いは共通して少なくとも1つの造形チャンバに対してスライド可能、回転可能又は旋回可能であるが、それと連結して配置されている。
DE20040547 DE20140087
本発明の基礎とする課題は、請求項1の上位概念の特徴を有する設備を、より柔軟に使用可能であり、作製動作において変化する要求に適合可能であり、高効率かつ高速に製造可能であるように、更に改善することである。
この課題は、請求項1の特徴部の特徴によって解決される。有利な変形形態は従属請求項2〜16から得られる。方法の請求項17〜19は、本発明の方法を特徴付ける。
請求項1の教示によると、第1の選択肢において、処理ステーションも少なくとも1つの取扱ステーションも、別個の分離された、或いは個別に設置可能なケーシングユニット内に配置される。これらのケーシングユニットは、壁領域に供給開口部を設けられるとともに、これらのケーシングユニットが互いに接して設置された形態、互いに整列された形態又は部分的に分離された形態で少なくとも1つの連続するトンネル又はトンネル連鎖体を形成できるように構成されている。ここで、前記トンネル又はトンネル連鎖体は、当該ケーシングユニットに統合された、造形コンテナ及び別の走行可能なコンテナのための走行路を形成する。別の選択肢では、トンネル又はトンネル連鎖体が、それぞれ1つ又は複数の処理ステーションを収容する少なくとも2つのケーシングユニットを貫通するようにすることは、本発明の範囲内に有る。
従って、自由に変更可能な形で設置可能であり、直接互いに接して取り付けることができる、或いは互いに間隔を置いて設けることのできるケーシングユニット内に、造形コンテナに対してだけでなく、別のコンテナに対しても利用可能であるトンネル走行路を形成することが本発明の核心と看做される。このことは、例えば、1つの同じ走行路上でコンテナが、複数の処理ステーションから、1つの共通の取扱ステーション又はそのために設けられた複数の取扱ステーションに走行可能であることを意味する。しかし、この走行路上において、例えば、余った造形材料を備えるオーバフローコンテナを運び去ること又は新鮮な造形材料を備える調量容器を処理ステーションに進入させることも可能である。全てのことが1つのトンネル内で行われる。
更に、処理ステーションのただ1つの連続列を設け、これにトンネル又はトンネル部分を配置し、これをトンネル状に接続して、大きな不活性空間内で、例えば、ロボットによる造形コンテナの準備又は製造された造形部材の取り出しを実施することは本発明の範囲内である。この場合、この不活性空間は、疑似的に取扱ステーションとして用いられ、トンネル又はトンネル部分と接続するのが合目的的である。
本発明で適用されるべきトンネル方式は複数の利点を有する。一方では、走行可能なコンテナと、この種の設備の周囲に留まらなければならない操作オペレータとの間に連携動作が存在せず、従って、危険に曝されることもない。走行路を本装置自体にトンネルとして統合することによって、設備全体内でコンテナを清潔に衝突なしに取り扱うことができる。
コンテナは閉鎖可能とすることができ、これにより不活性ガス雰囲気をコンテナ内に十分に保持することができる。しかし、トンネル又はトンネル部分自体に不活性ガスを充填して、トンネルの入口及び出口にハッチを取り付けることも可能である。
「別のコンテナ」について述べると、これには、この種の設備で使用可能であるか、或いは考え得る全てのコンテナ形態の容器と、交換すべき又は入れ替えるべき容器とが含まれる。特に、造形材料を塗工装置に供給するための調量コンテナ、余った造形材料を収容するためのオーバフローコンテナのことを述べている。しかし、この用語のより広い意味における「充填物」を有するものではなく、例として、例えば、不活性ガスの交換を自動的に行うことのできるサービスモジュールや異なるクリーニング、加工処理又は測定のタスクを異なるステーション内で実行することのできるクリーニングモジュール、フライスヘッドモジュール又は測定ヘッドモジュールなどの機能要素を含むコンテナ又は「モジュール」も走行させることができる。これらのモジュールは、例えば、上方領域において、例えば、トンネル又はトンネル連鎖体に懸架して走行させることができる。これに対して、造形コンテナ、オーバフローコンテナ及び調量コンテナは、有利には、トンネルの下方領域にある、例えば、レール状の走行路上に支持することができる。基本的に、コンテナ又はモジュールを輸送ワゴン上に収容し、これらの輸送ワゴンに自動走行駆動部及び制御部、例えば、屋内GPS制御部を設けることも本発明の範囲内である。しかし、コンテナ又はモジュールが自動走行駆動部を備えるように構成することも可能である。即ち、プロセス制御によって、その正しい置き場所への経路を見出すことができる。しかし、何らかの手法でトンネルに固定的に統合された送り輸送システムを設けることも可能である。
トンネル内の走行路が常に空き状態に保持されるのが特に全く有利である。即ち、この場合、高速の自由コンテナモジュール運行を実現することができ、そのために、例えば、トンネル又はトンネル連鎖体にサイドニッチ又は待避ステーションを設けることができ、これらのサイドニッチ又は待避ステーションには、特に、一つの動作位置で、或いは別のコンテナのために、トンネル開口部内に延在する走行路を一貫して解放するための待避過程の中で、走行可能なコンテナ又はモジュールを進入させることができる。例えば、処理ステーションには、造形コンテナ並びに調量コンテナ及びオーバフローコンテナをそれぞれの動作位置で受け入れるサイドニッチが設けられる。これらのニッチの前方又は後方には、本来のトンネル走行路が配置されており、別のコンテナを、並んだ別の処理ステーション又は取扱ステーションに、解放された走行路を通して比較的速い速度で送ることができる。
トンネル又はトンネル連鎖体は、一方の端部で閉鎖することができ、このことは、不活性ガス充填可能性を改善する。しかし、例えば、不活性ガス雰囲気内のトンネルの一方の端部にコンテナマガジンを配置して、このコンテナマガジンに、不活性ガスを前もって充填され、造形プレートを既に設けられた造形コンテナ、調量コンテナ又は空きのオーバフローコンテナを貯蔵しておくことができ、そこから、トンネル又は対応する動作位置に進入させることができる。他方の側から調量容器を進入させるか、或いはオーバフロー容器を運び出して、そこで空にすることができる。トンネルは、必ずしもただ1つの出口又は入口を有する必要はなく、サービス過程を出来るだけ短縮するために、トンネルに側方出口又は側方入口を設けること、コンテナを短い距離でそれらのそれぞれの作業スペースに運び込むこと、或いはサービスモジュールをそこからスタートさせることも同様に可能である。
基本的に、ケーシングエレメントを別個に設置して、これにより、これらのケーシングエレメント内に1つのトンネル連鎖体を形成する可能性又はこれらのケーシングエレメントを接続し、これにより、貫通する1つのトンネルをこれらのケーシングエレメント内に形成する可能性が有る。
しかし、処理ステーション、取扱ステーション又は別のステーションの個別に設置されたケーシングエレメントの間に、直線状又は湾曲状にできるトンネル接続エレメントを取り付けることもできる。ケーシングの入口及び出口に対して気密にフランジ取付可能な形でトンネル接続エレメントを構成して、トンネル接続エレメントをフレキシブルに構成するか、或いは継手接続部を設けることも可能であり、これにより、本設備のケーシングエレメントを自由に選択可能な形で工場ホールの延び具合に適合させることができる。このようにして、直線状でない走行路を形成するためにトンネル接続エレメントを湾曲して構成するか、或いは湾曲させることができる。個々のケーシング部分及び/又はトンネル接続エレメントには、互いに連結可能な、或いは互いに差し込まれるコンテナ案内エレメントが配置されており、これらは、既に上述した通り、レール又は案内要素等とすることができ、ここでは、コンテナ又はモジュールの十分に正確な案内を保証できる全てのエレメントが含まれる。
基本的に、「2管式トンネル」という意味で、平行に配置された複数のトンネルを設けるか、或いはトンネル管内に互いに平行に延在する「対向走行路」を設けることも考えられる。このことは、輸送路の編成を容易にし、輸送速度を高め、これによりトンネル内での輸送時間を短縮する。
分岐するトンネルを設けることも可能であり、このトンネルは、複数の処理ステーションに至るか、或いは複数の取出ステーション又は取扱ステーションに至る。
同じように、少なくとも1つの処理ステーション、取扱ステーション及びトンネル接続エレメントの中の一つ以上を反転ステーションとして構成することも考えられ、これにより、コンテナ又はモジュール輸送に対して疑似的に反転ループが形成される。
方法の請求項17の意味において、処理及び取扱ステーションの複数のケーシングユニットを貫通する走行路が走行可能な又は停止されたコンテナによってブロックされるのではなく、この走行路は出来るだけ空き状態に保持される。この走行路は、一車線走行路とするか、或いは二車線走行路として構成することもできる。
本発明を図面に図示された有利な実施例に基づいてより詳細に説明する。
本発明による設備を図示する図であり、この設備は、それぞれ別個に設置された処理ステーション及び取扱ステーションと、トンネルを通って2つの設備コンポーネントを通って延在するコンテナ用走行路とを備えている。 本発明による設備を図示する図であり、この設備は、直接互いに接して設置された取扱ステーション及び処理ステーションと、これらを通って延在する、コンテナを輸送するためのトンネルとを備えている。 本発明によるトンネル配置構成の製造ラインを形成する、取扱ステーションと、例えば、3つの処理ステーションとを備えた設備を図示する図である。 取扱ステーション及び処理ステーションの概略図であり、両者を通って延在する、異なるコンテナを輸送するためのトンネルを備えている。 取扱ステーション、2つの処理ステーション及びコンテナマガジンを備えた設備の概略図である。 異なるコンテナの動きが図示された、図5による図である。 取扱ステーション及び処理ステーションがトンネル延長エレメントにより接続された、図1による図である。 コンテナマガジン、取扱ステーション、2つの処理ステーション及び反転ステーションを備えた設備の概略的な平面図であり、全てのステーションは異なる形状のトンネル延長エレメントによって接続されている。 3つの処理ステーションがトンネル方式に基づき1つの取扱空間と接続された設備の概略図である。
図面に図示された設備1は、3次元物体2のそれぞれの横断面に対応する箇所で光線、特に、レーザ光線により硬化可能な造形材料の層を順次硬化させることによって、3次元物体2を作製するために用いられる。このような設備1は、第1のケーシング3内に配置された、造形コンテナ5内で層単位の生成的な造形プロセスを実施するための少なくとも1つの処理ステーション4と、少なくとも1つの第2のケーシング6内に有る、作製された物体2を造形コンテナ5から取り出すための取扱ステーション7とを有し、前記造形コンテナ5は、処理ステーション4と取扱ステーション7の間を走行可能である。
前記の少なくとも1つの処理ステーション4及び少なくとも1つの取扱ステーション7は、別個の分離された、或いは個別に設置可能なケーシングユニット3,6内に配置されており、この実施例では、これらのケーシングユニットの側壁領域10には、供給開口部11が設けられて、これらのケーシングユニットは、互いに差し込まれた形態又は部分的に分離された形態で、少なくとも1つの貫通するトンネル12又はトンネル連鎖体を形成できるように構成されており、ここで、トンネル12又はトンネル連鎖体は、ケーシングユニット3,6に統合された、造形コンテナ5及び別の走行可能なコンテナのための走行路13を形成する。
処理ステーション4のケーシング3に、本方法を実施するために必要な複数の装置及び機器、例えば、少なくとも1つのレーザ形態の光線源、少なくとも1つのスキャナシステム、処理チャンバ、調量チャンバ、オーバフローチャンバ等を統合しなければならないことは当業者に周知である。取扱ステーション7は、手動の介入部を備えたグローブボックス15を有し、これにより、このグローブボックス15内で取出過程を実施することができる。更に、取扱ステーション7は、漉し器モジュールを有し、この漉し器モジュールにより、既に利用された造形材料を凝集物及び融解残留物から除去することができる。
図2では、2つのケーシング3,6を直接並べて設置できることも分かる。側壁領域10に配置された供給開口部11は、本発明による貫通するトンネル12及び走行路13を形成できるように完全に一致して配置されている。
図3から分かるように、ケーシング6を備えた取扱ステーション7は、複数の処理ステーション4とも組み合わせることができ、これにより、1つの製造ラインが形成される。
次に図4には、どのようにして個々のエレメントをケーシング3,6内に配置することができ、どのようにしてこれらを通って延在するトンネル12が走行路13と共に延びるのかが図示されている。重要なのは、トンネル12又はトンネル連鎖体において、ケーシングユニット3,6の内部領域にサイドニッチ又は拡張部16が設けられていることであり、これらのサイドニッチ又は拡張部16には、特に、一つの動作位置で、或いは別の走行可能なコンテナ5のために、トンネル12内に延在する走行路13を一貫して解放するための待避過程の中で走行可能なコンテナ5を進入させることができる。別の走行可能なコンテナ5は、オーバフローコンテナ20、調量コンテナ21又は別のモジュールとすることができ、別のモジュールは、図面には詳細に図示されないが、サービスモジュールとして、クリーニングモジュール等として構成することができる。
図1〜図4に示された実施例では、トンネル12が、そのため走行路13も、ケーシングユニット3,6を通って直線状に延在しているが、例えば、ケーシングユニット3,6の側壁領域10を傾斜させることにより形成できるような形態又は図7と図8に概略的に図示したトンネル接続エレメント30によって、トンネルの湾曲した延び具合を設定することも同様に可能である。トンネル接続エレメント30は、直線状の接続ケースとして構成して、この接続ケースを通してトンネル12を延在させるか、さもなければトンネル接続エレメント30に、トンネル接続エレメント30の湾曲した延び具合を形成するための楔形の挿入部材31を設けることもできる。同様に、フレキシブルな部分32をトンネル接続エレメント30に設けることができる。トンネル接続エレメント30の端部領域33には、気密のフランジ状接続ユニット34を設けることができ、この接続ユニット34は、側壁領域10にある供給開口部11にフランジ接続することができる。
図8には、更に、反転ステーション40が図示されており、この反転ステーション40は、トンネル部分と同じように構成することができ、形成されるトンネル12の一端部に取り付けることができる。反転ステーションとしては、輸送すべきコンテナ5又はモジュールに対する転換ループのように構成された装置が考えられる。
トンネル12を2管形態に構成すること、又は少なくとも逆方向の2つの走行路を装備することも基本的に可能であり、これにより、1つのトンネル管内での対面通行が可能である。
図5と図6には、更に、コンテナマガジン50が図示されており、このコンテナマガジン50は、トンネル配置構成に対して、場合により気密に接続されており、コンテナマガジン50の中に、トンネル12に発送するための異なるコンテナ及び/又はモジュールを用意しておくことができる。
そして、図9には、更に、複数の処理ステーション4.1、4.2及び4.3を本発明のトンネル方式に基づき順次整列させた設備1が図示されており、ここで、処理ステーション4.1、4.2及び4.3は、それぞれ別個の第1のケーシング3内に配置されており、トンネル接続エレメント30によって互いに接続されている。
この図の左側には、更に、より大きな別個の空間50が図示されており、この空間50は、クリーンルームとして構成することができ、場合により完全に又は部分的に不活性化することができ、それどころか場合により操作オペレータが立ち入ることができる。この空間内では、ロボット51が、造形コンテナ5における準備又は取出の作業工程を行うことができ、この造形コンテナ5は、トンネル接続エレメントを介して不活性空間50に進入することができる。
この種の不活性化可能な空間50を造形コンテナ5の準備のためにだけ設け、ケーシング連鎖体の内部において取扱ステーション7を別のケーシング内に配置して、そこで、次に造形部材だけを取り出すことも本発明の範囲内である。更に、不活性空間50内にコンテナマガジン52を設け、このコンテナマガジン52内に、例えば、処理ステーション4での造形プロセスのために準備された複数の造形コンテナ5を配備できるようにすることも可能である。勿論、そこに、造形プロセスのために準備された別のコンテナを、例えば、オーバフローコンテナ20、調量コンテナ21又はサービスモジュールを、本設備に投入するために用意しておくこともできる。
1 設備
2 物体
3 第1のケーシング
4 処理ステーション
5 造形コンテナ
6 別のケーシング
7 取扱ステーション
10 側壁領域
11 供給開口部
12 トンネル
13 走行路
15 グローブボックス
16 拡張部
20 オーバフローコンテナ
21 調量コンテナ
30 トンネル接続エレメント
31 挿入部材
32 フレキシブルな部分
33 トンネル接続エレメント30の端部領域
34 接続ユニット
40 反転ステーション
50 空間
51 ロボット
52 コンテナ

Claims (19)

  1. 3次元物体(2)のそれぞれの横断面に対応する箇所で光線により硬化可能な造形材料の層を順次硬化させることによって3次元物体(2)を作製する設備(1)であって、ケーシングユニット(3)内に配置された、1つの走行可能な造形コンテナ(5)内で層単位の生成的な造形プロセスを実施するための少なくとも1つの処理ステーション(4)を有する設備(1)において、
    前記処理ステーション(4)と、少なくとも1つの取扱ステーション(7)或いは1つ又は複数の別の処理ステーションとが、別個の分離された、或いは個別に設置可能なケーシングユニット(3,6)内に配置されており、これらのケーシングユニット(3,6)は、特に、そのケーシングユニット(3,6)の側壁領域(10)に、供給開口部(11)を設けられるとともに、互いに接して設置された形態又は部分的に分離された形態で、少なくとも1つの貫通するトンネル(12)又はトンネル連鎖体を形成するように構成されており、このトンネル(12)又はトンネル連鎖体は、前記ケーシングユニット(3,6)に統合された、造形コンテナ(5)及び本設備内を走行可能な別のコンテナ又は走行可能なモジュールのための走行路(13)を形成することを特徴とする設備。
  2. 前記走行可能な別のコンテナ(5)には、造形材料を塗工装置に供給するための少なくとも1つの調量コンテナ(21)及び/又は前記塗工装置から余った造形材料を収容するためのオーバフローコンテナ(20)と、完成して取り出された3次元物体(2)を収容するための輸送モジュールとが含まれることを特徴とする請求項1に記載の設備。
  3. 前記トンネル(12)又はトンネル連鎖体は、前記ケーシングユニット(3,6)の内部領域にサイドニッチ又は拡張部(16)を設けられており、このサイドニッチ又は前記拡張部には、前記走行可能なコンテナ(5)が、特に、一つの動作位置で、或いは走行可能な別のコンテナ(5)のために、前記トンネル(12)内に延在する前記走行路(13)を一貫して解放するための待避過程の中で進入できることを特徴とする請求項1又は2に記載の設備。
  4. 前記トンネル(12)又はトンネル連鎖体は一方の端部を閉鎖されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の設備。
  5. 前記トンネル(12)又はトンネル連鎖体は、不活性ガスを充填可能であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の設備。
  6. 個々のケーシングユニット(3,6)又はトンネル連鎖体エレメントの間に、不活性ガスハッチが配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の設備。
  7. 前記ケーシングユニット(3,6)の間に、トンネル接続エレメント(30)が配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の設備。
  8. 前記ケーシングユニット(3,6)を通って延在する前記トンネル(12)が直線状であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の設備。
  9. 前記トンネル接続エレメント(30)が、直線状でない走行路(13)を形成するために湾曲していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の設備。
  10. 個々のケーシング部分(3,6)及び/又は前記トンネル接続エレメント(30)内に、互いに連結可能な、或いは互いに差し込まれるコンテナ案内エレメントが配置されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の設備。
  11. 前記トンネル(12)内において、少なくとも1つのサービスモジュール、不活性ガス交換モジュール、クリーニングモジュール、フライスヘッドモジュール及び測定ヘッドモジュールの中の一つ以上が走行可能であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の設備。
  12. 前記モジュールは、前記トンネル(12)又はトンネル連鎖体の上方領域を走行可能であることを特徴とする請求項11に記載の設備。
  13. 少なくとも部分的に平行に配置された複数のトンネル(12)が、前記ケーシングユニット(3,6)の内部及び/又は前記トンネル接続エレメント(30)の内部に配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の設備。
  14. 前記トンネル接続エレメント(30)の内部に、少なくとも1つのトンネル待避ニッチが配置されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の設備。
  15. 少なくとも1つのトンネル(12)が、複数のトンネル部分に分岐して、少なくとも、一つの処理ステーション(4)から複数の取扱ステーション(7)に至ることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一つに記載の設備。
  16. 少なくとも1つの処理ステーション(4)、取扱ステーション(7)又は前記トンネル接続エレメント(30)が反転ステーションとして構成されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一つに記載の設備。
  17. 3次元物体(2)のそれぞれの横断面に対応する箇所で光線により硬化可能な造形材料の層を順次硬化させることによって、3次元物体を作製する方法であって、
    直接互いに継ぎ合わせ可能な、或いは互いに間隔を置いて設置可能な複数の個別のケーシングユニット(3,6)と、生成的な造形プロセスを実施するための少なくとも1つの処理ステーション(4)と、前記処理ステーション(4)と取扱ステーション(7)の間を走行可能な造形コンテナ(5)から作製された物体(2)を取り出すための少なくとも1つの取扱ステーション(7)とを備えた設備(1)を配備するとの特徴を有する方法において、
    前記の複数のケーシングユニット(3,6)を貫通するトンネル(12)に、前記造形コンテナ(5)及び別のコンテナ又はモジュールのための走行路(13)を配備して、一つの動作位置で、或いは待避過程の中で、前記ケーシングユニット(3,6)内に配置された前記造形コンテナ(5)又はその他の走行可能なコンテナが、前記トンネル(12)を通る前記走行路(13)をブロックしないように、前記トンネル(12)を構成することを特徴とする方法。
  18. 前記走行路(13)が一車線走行路として構成されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 前記走行路(13)が二車線走行路として構成されることを特徴とする請求項17又は18に記載の方法。
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