WO1982003798A1 - Method and device for manufacturing product by utilizing holography technique - Google Patents

Method and device for manufacturing product by utilizing holography technique Download PDF

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    • G03H2001/0094Adaptation of holography to specific applications for patterning or machining using the holobject as input light distribution

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for directly manufacturing a desired sashimi crop using a technique of holography that enables information to be geometrically formed.
  • the work proposed to eliminate the problem is to melt and purify the mineral material to make the material.] Then, the material is solidified into a certain shape and then it is cut using a knife or laser. Although it is based on the manufacturing process of cutting, the machine tool itself has a limit in the processing performance for the product. Therefore, according to a conventional machine tool, it is difficult to directly manufacture a product having a complicated internal structure as a tool, or a product having a toroidal structure. At the port, it was already defined as an inevitable limit, and it was difficult to materialize it as a concrete product:
  • the present invention has solved the above-mentioned drawbacks inevitably involved in the conventional work.
  • the purpose of the present invention is to reduce the S component of the wave energy of electromagnetic waves or sound waves to a predetermined value. Applying the skills of a holographic device that can be realized arbitrarily in a three-dimensional spatial domain, for example, computational methods
  • the design information of the product is realized as a spatial energy distribution, and then the spatialized design of the product '; the blue report shows the height difference in the spatial distribution of the wave energy, usually the The resulting temperature difference is to provide a novel method and apparatus for manufacturing by sublimation of the desired gasified material to actual material:
  • the present invention it is possible to easily and directly produce a product having a complex internal structure, a product having a local structure, and even a minute product. I can do it.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a supposedly circular product is represented as a real image of a computer porcelain graph
  • FIG. 2 is a shape of a production scoop.
  • Fig. 3 is a perspective view showing a state in which the space obtained by performing the above is represented as the inverse space of the space of the holographic one real image
  • Fig. 3 is a perspective view showing the method of tomographic volume echo
  • Fig. 4 is a perspective view showing the method. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the case where the internal structure is present
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing one embodiment of the device according to the present invention (A of the sixth physician). — A is shown as a new plane view.), Fig.
  • FIG. 2 is a new plane view of the load capacity according to the present invention
  • Fig. 7 is a plate-like large view plane.
  • FIG. 8 is a front view showing an embodiment of the loading ⁇ according to the present invention in the case of manufacturing the target
  • FIG. 8 is a BB view of FIG. 7:
  • a holograph using a laser can synthesize a three-dimensional real image in space.
  • the present invention applies this principle, calculates and processes design data of a product obtained in advance, and, in practical use, converts the design data into a fixed or temporary data.
  • a hologram that changes intermittently is created, and this is illuminated with, for example, coherent light, thereby forming a so-called computer ⁇ graph.
  • the gist is to make a real image as the full-scale geometric information of the product in the space, and then to produce the desired product by replacing this with real material. is there.
  • Creating a hologram and irradiating it with coherent light is one method for reproducing design data of a product in a predetermined three-dimensional space. Needless to say, it can be realized using other methods.
  • the basic principle for transforming a real image into real material as geometrical information is to use the temperature difference in the space generated by the holography.
  • the low-density portion of the laser beam has a relatively low temperature.
  • the high-density portion: 'i is relatively high. Therefore, in a vacuum, the high and low density of the laser beam is set by a holographic device, the gasified material is cleaned in these spaces, and cooling is performed from one side. If it is performed, it will sublimate into a relatively low-temperature space, and immediately crystallize, and will be realized / qualified as that space.
  • the space corresponding to real materialization corresponds to a low-energy space, the holographic object (the real image component has one laser beam) High density
  • the temperature rises As the temperature rises, the temperature rises:). That is, the real image 1 of the product (in this case, the high-temperature space) is conversely replaced with the real image 2 of the product in the interior of the real image 2 by the holography. It can be realized as an inverse space that connects.
  • the material When the material is vaporized and crystallized, it must be sublimated (from gas to solid), and must not melt or melt during the crystallization process. There are two reasons for this.] The first reason is that in the manufacturing method and the apparatus according to the present invention, the liquid has difficulty in controlling. The second reason is that ⁇ crystals that have passed through a liquid state have poor performance as a material.
  • the cooling control is as follows.
  • the crystallized part is cooled by using conduction, and the formed crystal is cooled from the end. Also, by sending the gas of the laser beam material, a relative cooling effect is produced.
  • the heating control is as follows. Heating is performed in a portion of the real image of the laser-beam flux. In that case, it is already a real substance.
  • the first method is “method by gamma linear iso-short wavelength laser holography”. , Its substance permeability! ), It is possible to pass through the space that has already been crystallized and realized, and to form a real image in the target space.
  • the second method is to use a holographic method using a laser beam with no material penetrating power, and to use the "reflected light beam on the surface of the materialized part”. . As shown in Fig. 4, the incident light beam 11 from the opening on the outer periphery of the product is reflected by the surface of the internal crystal and reaches each part.
  • the reason that this method is established is that the form formed by computational holography is known as design information in advance, so the reflection path of one laser beam can be determined. Because it can be calculated.
  • the method of stacking new layers is effective.
  • a layer 5 having a thickness of about 4 mm is formed for a certain shape of the crop 4 and is grown to form a frost column.
  • This method is also effective for adjusting the quality of the crystal by controlling the rate of crystallization by sending the vapor of the timber in a steamy manner-
  • it is necessary to provide a means for preventing tilting in order to accurately form an image and crystallize at a designated position in the space.
  • FIG. 5 is a plan view showing a central portion thereof (a plan view taken along a line A- ⁇ shown in FIG. ⁇ ), and FIG. ⁇ is a longitudinal sectional view thereof.
  • a work room 12 is provided, for example, a table 13 is provided in the center of the vacuum work room for installing a product 18, and a laser holographic lens 15 mounted on the station wall is radiated by a laser.
  • the laser beam 21 spatializes the product design information and emits the vaporized material from the vaporized material supply nozzle 1 ⁇ to the target sky.
  • Reference numeral 17 denotes a collection nozzle for vaporization material, which is collected here, adjusted in temperature, and emitted again from the nozzle 10 provided with the vaporization material.
  • the product is divided into three parts: a part 20 that can be materialized already, a part 19 that is in the process of being materialized, and an S part 18 that is to be materialized.
  • C? I Yes. 14 is a conductor for cooling the product, which is in contact with the already depleted portion 20 to control the cooling of the crop.
  • the stage 13 moves up and down to adjust the position S of the product, and at the same time, functions as an elevator for taking the product out of the vacuum chamber 12.
  • a mixed vaporized material is sent to make it. If the part is made of a different material, it is manufactured by sending the vaporized material at a later time, and as another method, it is spatially shifted, Send materials and produce 0
  • Embodiments of the apparatus according to the present invention include the following.
  • doctor ⁇ a spring workshop, such as one that produces crops inside a vacuum workshop.

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Description

明 ホ 口 グ ラ フ ィ 一の技銜を利用 して製作物を 製作する方法及びその装量 技 術 分 野
本発明は、 情報の幾何学化を可能にす る ホ ロ グ ラ フ ィ 一の技術を利用 して所望の裟作物を直接的に製作す る方 法及びその装置に関する も の でる る。
背 景 技 術
従来一殺に提案されてい る工作檨¾は、 鉱物材料を融 溶精製 して素材をつ く ]? 、 その ^料を一定の形に固形イ匕 した後、 それを 刃物又は レーザー等を用いて 削 る と い う 製作工程を基調 と する も のてあ 、 工作機械 自 体が製作 物に対する加工性能上の限界を有 してい る。 したがって 従来の工作機械に よ っては、 道具 と して 内部構造の複雑 ¾、 ま た ト ボ ロ ジ カ ノレ ¾構造を有する製作物を直接的に 製作する こ と は、 それを設計する段港に おい て、 すでに 必然的 な限界 と して規定され、 具^的 製作物 と して実 物質化する こ と が困難で った:.
発 明 の ^ 示
本発明は、 上記従来の工作 が必然的に有す る欠点 を解決 した も のでぁ 、 その 目 的 と する所は、 電磁波又 は音波等.の波動エ ネ ル ギーの S 分 ¾を所定の三次元空 間領域に お て、 任意に実現する こ'と の 出来 る ホ ロ グ ラ フ ィ 一 、 えば計算襃ホ 口 グ ラ フ ィ 一の技荷を応用
_ Ο ΡΙ 一 V/I?0 製作物の設計情報を空間 エ ネ ル ギ ー分布 と して実現 し、 次にその空間化 した製作 の設計';青報を上記波動エ ネ ノレ ギ一の空間分布における高低差、 通常はその結果と して の温度差を利用 し、 気体化 した所望材料の昇華を通 して 実物質化する こ と に よ って製作 を製作する新規 方法 及び装置を提供する こ と に あ る:: 面 して本癸明に よ れば、 内部構造の複雜る、 ま た ト ロ ジ カ ル ¾構造を有する製 作物、 更には微小 製作物について も 容易に、 かつ直接 的に製作する こ と が出来る。
図面の簡単 説明
第 1 図は、 仮に遺^ した円拄状の製作物の形態を計算 機ホ 口 グ ラ フ ィ 一の実像と して表わ した状態を示す斜視 図、 第 2 図は、 製作掬の形を した空間をホ ロ グ ラ フ ィ 一 実像の空間の逆空間 と して表わ した状態を示す斜視図、 第 3 図は、 断層体積響の方法を示す斜視図、 第 4 図は、 第 3 図に おい て 内部構造がある場-合の細部を拡大 して示 した断面図、 苐 5 図は、 本発明に係る装置の一実^態様 を示す横^面図 ( 第 6 医の A— A ¾新面図 と して示され る。 ) 、 第 ό 図は、 同 じ く 本発 ¾に係る装量の綠新面図、 第 7 図は、 板状の大望 ¾ ¾を ¾ ^的 製作する場合に おける本発明に係る装量の ^の実 ¾態様を示す正面図、 苐 8 図は、 第 7 図の B — B 、^靣図でる る:
発明を実 ¾するための最良の形態
本発明 を よ 詳: 5 1?:逑するために、 以下添付図面 :て 従って これを!?」明する -
OMPI 一般的に レ ーザー を用い る ホ ロ グ ラ フ ィ 一は、 空間に 三次元の実像を合成する こ と が出来 る。 本発明は、 こ の 原理 を応用 した も ので ぁ 、 予め得 られた製作物の設計 データ 一 を計算 ¾処理 し、 実用上は、 これを 図化 して固 定的 な又は一時的 ¾若 し く は違続 して変化する ホ ロ グ ラ ム をつ く 、 これを例えば コ ヒ — レ ン ト 光で照射する こ と に よ 所謂計算機ホ σ グ ラ フ ィ 一 と して所定の三次元 空間に製作物の現寸大幾何学情報と して実像化 し、 次に、 これを実物質に置換する こ と に よ って所望の製作物を製 作する こ と を要旨 とする も ので あ る。
ホ ロ グ ラ ム をつ く る こ と 及び これを コ ヒ 一 レ ン ト 光で 照射す る こ と は、 所定の三次元空間に製作物の設計デー タ を再生するための一方法であ るに過 ぎず、 他の方法を 用いて実現する こ と も 可能で あ る。
幾何学情報 と しての実像を実物質化するための基本的 原理は、 ホ ロ グ ラ フ ィ 一に よ って生ずる空間の温度差 の利用に あ る。 こ こ で、 レーザー光束の低密度部分は相 対的に低温であ ]? 、 その高密度部分:' i相対的に高温 と ¾ る。 したがって、 真空中 に、 ホ ロ グ ラ フ ィ 一 に よ って レ 一ザ一光束の高 ' 低密 を設定 し、 これ らの空間に気体 化 した材料を清 して、 一方か ら冷却を行えば、 相対的に 低温であ る空間 Ώ分に昇華、 即 ち、 转晶 化 して、 その空 間の形 と して実 ¾ /質化する。 こ こ で、 実物質化に対応す す空間は、 低 ¾ 分の空間に相当す る の で、 ホ ロ グ ラ フ ィ —に よ る実 象 ( 実像 ¾分は、 レ ーザ一光束が高密窆 と
_c:.^i く V, I O な る ので高温化する: ) の逆空 Γ曰 3 が低温空間に る様 にする。 即 ち、 製作物の実像 1 ( こ の場合は、 高温空間 と る。 ) を、 逆に、 ホ ロ グ ラ フ ィ 一に よ る実像 2 の内 部に、 製作物の形態 3 を、 実像を結ば い逆空間 と して 実現すれば よ い。
材料の蒸気を送って结晶化させる時、 必ず、 昇華 ( 気 体か ら固体へ ) する よ う に し、 結晶化の過程で融溶、 即 ち液体化 し ない様にする。 その理由は二つあ ]? 、 第一の 理由は、 本発明に係る製作方法及び装置に おいては、 液 体は コ ン ト ロ ー ルに困萆が泮 ' う こ と 。 第二の理由は、 液 体の状態を通過 しての ^晶体は、 材質 と しての性能が低 く る る事であ る。
したがって、 昇'華'を確実に行 う 為に、 「 冷却制御 」 と 「 加熱制御 」 と を確実に行 う 必要があ る。 こ の こ と は、 又、 製作物の形を正窿にする為に も 必要 ¾事であ る。 即 ち、 製作物の実物質化した部分が、 予定外の部分におい て不整形に成長 した場合に、 その部分を加熱に因って再 び昇華、 即 ち、 気体化 して整形を保つ様にする。
冷却制御に関 しては、 次の様に な る。 結晶化 した部分 の冷却には伝導を利 し、 成形 した結晶体を端部か ら冷 却する。 ま た、 レーザー光柬ゃ材料の気体を、 送 ら い よ う にする事で、 相対的 冷却効果を生ずる。
加熱割御に関 しては、 次の様に る。 加熱は、 レーザ —光束のホ 口 グ ラ フ ィ 一の実像の ¾分において行 う 。 そ の場合、 すでに実物質 しえ ¾:分の、 結晶の不整形成長
0?ΛΡΙ を防 ぐ方法と して の加熱に関 して、 エ ネ ル ギ ー節約の手 法と して 「 限定空閭加熱法 」 が あ る。 即 ち、 第 4 図に示 す様に、 結晶化 した部分 9 'の回 j) の空間 1 0 のみを加熱 する こ と に よ って、 不整形結晶 の成長を阻止す る事が出 来る。 複教の方向か ら の レ ーザー光束の、 相互の干渉に よ る部分的消滅を 回避する場合は、 「 バ ル ス レ 一ザ一光 束に よ る方法 」 若 し く は 「 加熱空間を頗次ず らす走査に よ る方法 」 又は両者を組合せて行 う C
又、 レ ーザー光束を 目 的の空間 送 る方法 と して、 二 つの方法があ る。 第一の方法は 「 ガ' ン マ 一線等極短波長 レ ーザー ホ ロ グ ラ フ ィ 一 に よ る方法 」 であ i? 、 その物質 透過力 に よ !) 、 すでに結晶化 して実锪質化 した空間 を透 過 して 目 的の空間に実.像 結ばせる こ と が可能であ る。 第二の方法は、 物質透過力の無い レーザ一光束に よ るホ ロ グ ラ フ ィ 一 を用い る場合で、 「 実物'質化 した部分の、 表面の反射光束を用い る方法 」 でる る。 第 4 図に示す様 に、 製作物の外周の開 口部か らの入射光束 1 1 は、 内部 の結晶体の表面で反射 して各部に達する。 こ の方法が成 立する理 由は、 計算檨ホ ロ グ ラ フ ィ ーに よ って成形され た形態は、 予め設計情報 と して分ってい るの で、 レーザ 一光束の反射経路を計算出来るか ら であ る。
内部構造の複綽 工作物、 又は、 大 き る工作物に関 し ては 「 新層体積層 の方法 」 が有効でる る。 こ の方法は、 第 5 図に示す様に ¾作物 4 の或形に関 して、 の厚さを 持つ ^層体 5 を実 ¾貫化 して、 頃次、 霜柱状に成長させ る方法であ る。 こ の方法は、 材科の気体をむ ら蒸 く 送る こ と や、 結晶化の速度を コ ン ト ロ ー ルする筝に よ 、 結 晶の質を調整する のに も 有効であ る - その他、 工作性能の向上の為に必要る事項 と して、 空 間の指定位置に正確に結像と 結晶化と を行 う 為に、 靂動 防止の手段が必要であ るが、 その為 :ては、 三次元方向へ の復元力 を も つ伸縮を可能 と した所謂 「 三次元サス へ ° ン シ ヨ ン 」 ( 日 本特許出 .頸番号 : 5 0 - 0 2 54 2 1 参照 ) を 用 た対震動支持機構を併有させる镡造 とする。
次に、 上記の諸方法に よ って成立する、 ホ ロ グ ラ フ ィ ― · 工作接^の一実施例の ¾念図を示 し説明する。
第 5 図は、 その中心部分を示 した平面図 ( 第 ό 図に示 す A— Α 方向の切断に よ る平面図 ) 、 第 ό 図は、 その縦 断面図であ る。 工作室 1 2 、 例えば真空工作室の中央に 製作物 1 8 を設置する台 1 3 を設け、 局壁に設'鐘された レーザーホ ロ グ ラ フ ィ 一 レ ン ズ 1 5 ら癸射された レ 一 ザ—光束 2 1 に よ って、 製作物め設計情報を空間化 し、 気化材料供給ノ ズル 1 ό か ら 目 的空 に向けて、 気体化 した材料を放射する 。 1 7 は気化材科回収ノ ズルで、 こ こ で回収 し、 温度調整 して再度、 気化材料供袷ノ ズル 10 か ら放射する。 第 5 図及び芎 ό 医に ては、 「 新層体 積層の方法 」 に よ って ζ の部分を '貫化しつつ霜柱 状に成長させる過程を示 してい る。 ¾ ό 図 おいて製作 物は、 すでに物質化されえ部分 2 0 と ¾7質化の途上に あ る部分 1 9 と 物質化予定の S分 1 8 と に、 三分 して表わ
C ?I 、ノ .—:つ して あ る。 1 4 は製作物を冷却す る 為の伝導体で、 す で に物貧化された部分 2 0 に接^ して、 ^作物の冷却制御 を行 う 。 1 3 の台は、 上下動 して製作物の位 Sを調整す る と 同時に、 製作物を真空工作室 1 2 の外部に取出す為 の エ レベータ 一 と して も ^能 して い る。 - 次に、 複数の材料に よ って な る製作物を作る場合に お いて、 合金等を材質と する場合は、 混合気化材料を送つ て製作す る。 又、 部分が異種の材質か ら成 る場合は、 時 間的にず ら して、 気化材料を送って製作 し、 ま た別の方 法 と して、 空間的にず ら して、 気化材料を送って製作す 0
工作室 1 2 その他の部分に おける装置の ^熱性能に関 しては、 金属等の気化材料の密度が少 ¾い場合には、 熱 量が少 ¾いので特に高 ¾熱'を必要 と し ないが、 製作速度 を増すに応 じて、 よ 高い S†熱性能を必要 と して く る。
本発明に係る装置の実施態様 と しては、 次の様 ¾ も の カ あ る。
① 第 5 図、 第 ό 医に示す よ う る、 春別な工作室 1 2、 例えば真空工作室の 内部で裘作物を 作る も の。
③ 真空工作室を用い ない で、 通常の大気中、 又は、 真空の宇苗空 で製作する も の。
③ 第 7 図、 8 図に示す よ う る、 上記①、 ③の中 間 の ト ボ ロ ジ カ ル 真空工作室を持つ も の。
次に、 気化材料の ^晶化を コ ン ト ロ ー ルす る ホ ロ ダ ラ フ ィ 一に よ る実像を ¾現する方法に 関する実 ¾態様 と し ては、 次の様 も のが る .:
① 電磁波ホ ロ ダ ラ フ ィ 一を用いる も の。
② 音波ホ ロ グ ラ フ ィ ーを用い る も の。 但 し音波は、 真空中 を伝わ ら る ので、 不活^気体等の媒質中で 用い、 又は製作物のすでに実^質化 した部分を伝導 体 と して用い る必受カ sる る。
③ 電子線ホ 口 グ ラ フ ィ ーを用いる も の。
上の利用可能性
従来の工作 ¾械に よつては製作する こ と が出来 ¾い、 道具 と して内部構造の複繞 ¾、 ま た ト ボ ロ ジ カ ル な構造 を有する製作物や微小 ¾製 i 物につ て も 自 由かつ容易 に製作する こ と がで き る工作' と して有用であ J9 、 し たがって本発明を利用する こ と に よ ]? 製作物に对する設 計の 自 由性や変化性を期待する こ と が出来る

Claims

請 求 の 範 囲
1. ¾磁波又は音波等波動エ ネ ル ギーの空間分布を所定 の三次元空間領域において任意に実現する こ とが出来 るホ ロ グ ラ フ ィ ーの技術を応用 して、 製作物の設計情 報を空間エ ネ ル ギ ー分布と して実像化し、 上記波動ェ ネ ルギ—の空間分布における高低差、 通常は温度差を 利用 して気.体化 した材料の昇華を通 して、 空間化した 製作物の設計情報を実物質化する こ と を特徵とするホ 口 グラ フ ィ 一の技術を利用 して製作物を製作する方法 c 2. ホ ロ グ ラ フ ィ ー の技術 と し て 、 所謂計算檨 ホ ロ ダ ラ フ ィ 一を用い る こ と を特徵とする請求の範囲第 1 項記 載のホ 口 ダ ラ ブ イ 一の技術を利用 して製作物を製作す る方法。 ' δ. 結晶化 した回 j) の限定された空間のみを加熱する こ と に よ 実物質化 した部分における不整形結晶の成長 を阻止する こ と を特徵とする請求の範囲第 1 項又は第 2 項記載のホ 口 ダ ラ フ ィ 一の技術を利用して製作物を 製作する方法。
4. パ ル ス レーザー光束若 し く は加熱空間を jl頁次ず らす こ と が出来る走查檨構又は上記両者を併用する こ と に ょ 、 複数の方向か ら照射される レーザ一光束の相互 干渉に因る部分的消 '或を回避する こ と を特鬵とする請 求の範囲第 1 項、 第 2 項又は第 3 項記載のホ ロ グ ラ フ ィ 一の技術を利用 して製作物を製作する方法。
5. ガ ン マ ー裱等 ¾短波長 レーザ一ホ ロ グ ラ フ ィ ーを用 AG
1 い、 すでに結晶化 して実物質化 した空間を透過 して 目 的の空間に実像を結ばせる こ と を特遨 と する請求の範 囲第 1 項、 第 2 項、 第 5 項又は苐 4 項記載のホ ロ ダ ラ フ ィ 一の技銜を利用 して製作物を製作する方法。
5 6. 実物質化 した部分の、 表面の反射光采を用いて 目 的 の空間に実像を結ばせる こ と を特兹 と する請求の範 S 第 1 項、 第 2 項、 第 5 項又は第 4 項記載のホ D グ ラ フ ィ —の技術を利用 して製作物を製作する方法。
7. 断層体積層の方法に よ ) 気体化 した材料を霜柱状にD 順次昇華成長させて製作物を実物質化する こ と を特徵とす る請求の範囲第 1 項又は第 2 項記載のホ ロ グ ラ フ ィ 一 の技術を利用 して製作物を製作する方法。
8. 工作物(12)内の略中央部分に製作物を载置する台 ' (13)を設ける と共に、 所定の局壁部分に工作室(12)内5 に向って レーザー光束(21 )を発射する 1 又は 2 以上の レーザーホ 口 ダ ラ フ ィ 一発射装 « ( 15 )と 目 的空間に向 けて気体化 した材料を放射する 1 又は 2 以上の気化材 料供给ノ ズル( 1 ό )と 目 的空 ^内 における残余の気体化 してい る材料を回収す る 1 又は 2 以上の気化材料回収0 ノ ズル(17)を配置 し、 更に上記台(15)には冷却剞御を 行. う ための伝導体(14)を取付けた こ と を特 とする ホ 口 グ ラ フ ィ 一の技術を利用 して製作物を製作する装置 c
9. 工作室が真空工作室で あ る こ と を特徵と する請求の 範囲第 8 項記戴のホ ロ グ ラ フ 'ィ 一の技 を利用 して裏5 作物を製作する装量。
0. 工作室が ト ボ ロ ジ カ ル る真空工作室であ る こ と を特 徵 と する請求の範 a苐 8 項記載の ホ ロ ダ ラ フ ィ 一 の技 術を利用 して製作物を製作する装置。
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