Additive Fertigung


   Die Arbeitsgruppe Additive Fertigung (AM) beschäftigt sich mit innovativen Methoden der pulver- bzw. strahlbasierten AM, der Weiterentwicklung von AM-Prozessen und der Entwicklung von speziellen AM-Legierungen. Zum Einsatz kommt überwiegend das selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM), aber auch die Lasertechnologie.
   Es stehen verschiedene EBM-Anlagen der Firma Arcam zur pulverbettbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl zur Verfügung, sowie nach Weiterentwicklung und Umbau einer kommerziellen Anlage auch ein Aufbau mit 6 kW Leistung. Die vakuumbasierte Elektronenstrahltechnologie erlaubt Bauraumtemperaturen von über 1000°C und dadurch erst eine qualitativ hochwertige Verarbeitung von Hochleistungswerkstoffen.





Track-AM: Echtzeituntersuchung des Elektronenstrahlschmelzens von Metallen

Term: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2024
Funding source: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Acronym: Track-AM
Project leader:

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SFB/TRR 103 (B02): Additive Fertigung einkristalliner Superlegierungen

Term: 1. Januar 2012 - 31. Dezember 2023
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Acronym: SFB/TRR 103 (B02)
Project leader: ,

Ziel dieses Projekts ist es, die Möglichkeiten, die das selektive Elektronenstrahlschmelzen für die additive Herstellung von einkristallinen Superlegierungen eröffnet, zu eruieren. Insbesondere soll das Potenzial, das die prozessinhärente, rasche gerichtete Erstarrung hinsichtlich der Realisierung von ultra-feinen, homogenen Mikrostrukturen bietet, ausgeschöpft werden, um das Eigenschaftsspektrum der Superlegierungen weiter zu verbessern. Die Herausforderung besteht darin, den Aufbauprozess sowe…

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Intelligentes Katalysatorträgerkonzept mit additiv gefertigten Strukturen aus einer Formgedächtnislegierung zur Optimierung des Wandwärmeübergangs in Rohrreaktoren

Term: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader: ,

Zellulare Strukturen stellen aufgrund ihres sehr guten Wärmetransportverhaltens eine vielversprechende Alternative zu klassischen schüttungsgefüllten Festbettreaktoren dar. Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von zellularen Strukturen als Katalysatorträger in Rohrreaktoren ist die häufig nicht ausreichende Wandanbindung und der damit verbundene schlechte Wärmeübergang zwischen der Struktur und der Wand. Insbesondere bei stark exo- oder endothermen Reaktionen führt dieser Wärmetransport…

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SAPHIR: Simulationsmethoden zum additiven Prozessieren von Hochtemperaturlegierungen – Mikrostruktur, In-service-Eigenschaften und Reparatur

Term: 1. Dezember 2020 - 30. November 2023
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Acronym: SAPHIR
Project leader:

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SFB 814 (T2): Numerische Modellierung von lokalen Materialeigenschaften und daraus abgeleiteten Prozessstrategien für die pulverbettbasierte additive Fertigung massiver metallischer Gläser (T2)

Term: 1. Januar 2018 - 30. Juni 2022
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Acronym: SFB 814 (T2)
Project leader: ,

Ziel dieses Projekts ist es, basierend auf prädiktiven numerischen Simulationen die additive Herstellung von Bauteilen aus massiven metallischen Gläsern durch selektives Laserstrahlschmelzen zu ermöglichen. Es sollen geeignete Prozessstrategien erarbeitet werden, die den amorphen Materialzustand möglichst ohne Alterungseffekte sowohl im Volumen als auch für komplexe Geometrien gewährleisten. Dazu müssen mittels der numerischen Simulation neben der Berechnung des Temperaturfeldes und der Material…

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SFB 814 (B2): Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen (B2)

Term: 1. Juli 2011 - 30. Juni 2023
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Acronym: SFB 814 (B2)
Project leader: ,

Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Entwicklung von Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen zu automatisieren. Dafür soll die innovative elektronenoptische Bildgebung in den Prozessablauf integriert werden, um durch eine in situ Qualitätskontrolle in Kombination mit den Erkenntnissen der ersten beiden Förderperioden den Prozessablauf zu regeln. Abschließend soll ein selbstlernendes System vorliegen, das selbst für neue Legierungen durch eine Prozessdatenbankoptimierung ein…

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Tubulyze: Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle: Additive Fertigung positiver Elektrodengerüste, Oberflächenpräparation und Katalysatorbeschichtung

Term: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2022
Funding source: BMFTR / Verbundprojekt
Acronym: Tubulyze
Project leader: ,

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MANUELA: Additive Manufacturing using Metal Pilot Line

Term: 1. Oktober 2018 - 30. September 2022
Funding source: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
Acronym: MANUELA
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Modellierung und Simulation der Multi-Material-Verarbeitung metallischer Werkstoffe bei der strahlbasierten additiven Fertigung im Pulverbett

Term: 1. April 2019 - 30. September 2021
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:

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SFB 814 (B04): Mesoskopische Simulation des selektiven Strahlschmelzens (B4)

Term: 1. Juli 2011 - 30. Juni 2019
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Acronym: SFB 814 (B04)
Project leader:

Die grundlegenden Mechanismen, die beim Pulverschmelzen und der Werkstoffverdichtung im selektiven Strahlschmelzprozess wesentlich sind, sind bisher wenig verstanden. Der Großteil der in der Literatur vorhandenen analytischen und numerischen Modelle beschreibt den Konsolidierungsprozess in einem homogenisierten Bild, d. h. einzelne Pulverpartikel werden nicht aufgelöst. Dieses Vorgehen gibt zwar Auskunft über Mittelwerte, kann aber den lokalen Einfluss des Pulvers nicht erfassen, wie z. B. die P…

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SFB 814 (B5): Additive und umformtechnische Fertigung hybrider Bauteile mit lokal angepassten Eigenschaften (B5)

Term: 1. Juli 2011 - 30. Juni 2023
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Acronym: SFB 814 (B5)
Project leader: ,

Die Vision des Teilprojekts ist die Herstellung großflächiger Bauteile aus schwer umzuformenden metallischen Halbzeugen mit additiv gefertigten Funktionselementen. Im Rahmen des Teilprojekts sollen die hohe Produktivität umformtechnischer Fertigungsprozesse und die große Flexibilität additiver Herstellungsverfahren kombiniert werden. Die notwendigen wissenschaftlichen Grundlagen einer geeigneten Prozesskette bestehend aus den Schritten Umformen, additive Fertigung, Kalibrieren sollen im Kollekti…

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Advanced in-process monitoring and self-optimisation of Electron Beam additive manufacturing process

Term: 1. Mai 2018 - 30. April 2021
Funding source: andere Förderorganisation
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Entwicklung einer Nah-Infrarot (NIR) Heizvorrichtung zur Verringerung der Schichtbauzeiten im Electron Beam Melting Verfahren (EBM)

Term: 1. April 2019 - 31. März 2021
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader:

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Elektronenoptische Bildgebung per in-situ Bauteilvermessung bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl

Term: 1. August 2019 - 31. Juli 2020
Funding source: andere Förderorganisation
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SEBM processing of NiAlCrMo near eutectic alloy

Term: since 1. November 2017
Project leader:

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SEBM process development for UN3S for the fabrication of inlet guide vane (IGV) blades

Term: 1. Oktober 2016 - 30. September 2019
Funding source: Industrie
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Selektives Elektronenstrahlschmelzen von katalytisch aktiven Materialien auf Kupfer-Basis

Term: 1. September 2016 - 31. August 2019
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader: ,

Als Raney-Kupfer wird ein Katalysator bezeichnet der aus Kupferlegierungen hergestellt wird, die mindestens eine unedlere Spezies als Kupfer (z.B. Zink) enthalten. Nach einer schmelzmetallurgischen Herstellung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit kann das unedlere Element durch einen Auslaugungsprozess entfernt werden. Zurück bleibt eine nanoporöse Kupferoberfläche. Im Raney-Kupfer-Projekt soll eine solche katalytisch aktivierbare Kupferbasislegierung im Prozess des selektiven Elektronenstrahlschmelz…

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Erweiterung des Potenzials des selektiven Elektronenstrahlschmelzens durch eine verbesserte Elektronenstrahltechnologie

Term: 1. April 2017 - 1. April 2019
Funding source: andere Förderorganisation
Project leader: ,

Ziel dieses Projektes ist es, die Einschränkungen der bisherigen Elektronenstrahlkanone und eingeschränkten Prozesskontrolle zu überwinden, um damit einen großen Entwicklungsschritt in dieser Technologie zu vollziehen. Dazu ist geplant, die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 (diese wird geopfert) durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzen. Auf dem Markt sind Kanonen mit sehr viel höherer Leistung bei gleichbleibend guter Strahlqualität vorha…

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Untersuchungsprogramm der Metalllegierung STAL15SX

Term: 1. August 2015 - 31. Juli 2018
Funding source: Siemens AG
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EXC15 EAM (E2): Cellular Metals, Auxetic Metals by Selective Electron Beam Melting

Term: 1. November 2007 - 31. Oktober 2017
Funding source: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
Acronym: EXC15 EAM (E2)
Project leader:

Metamaterialien sind künstlich hergestellte Strukturen, deren Eigenschaften von denen in der Natur üblichen abweichen. Durch eine maßgeschneiderte Architektur von zellularen Metallen werden mittels SEBM Metamaterialien hergestellt. Dabei werden zum einen auxetische Werkstoffe erforscht, die sich durch eine negative Querkontraktionszahl auszeichnen. Zum anderen werden basierend auf grundlegenden Mechanismen, die numerisch identifiziert werden, Zellstrukturen entworfen und realisiert, die komplett…

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Verdampfungsphänomene beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen und deren Einfluss auf die Materialkonsolidierung

Term: 1. Oktober 2010 - 30. Juni 2017
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:

Die additive Fertigung von Bauteilen gehört zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft. Das selektive, pulverbasierte Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) eröffnet die Möglichkeit, Hochleistungswerkstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen zu komplexen Bauteilen zu verarbeiten. Allerdings ist der hochdynamische, sehr komplexe additive Aufbauprozess, bei dem Materialfehler, Veränderungen der Legierungszusammensetzung und auch Prozessinstabilitäten auftreten, kaum verstanden. Ziel dieses Projektes ist e…

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EXC15 EAM: jLAMS

Term: 1. April 2016 - 31. Oktober 2017
Funding source: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
Acronym: EXC15 EAM
Project leader:

Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforder…

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AMAZE: Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products

Term: 1. Januar 2013 - 30. Juni 2017
Funding source: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
Acronym: AMAZE
Project leader:

The overarching goal of AMAZE is to rapidly produce large defect-free additively-manufactured (AM) metallic components up to 2 metres in size, ideally with close to zero waste, for use in the following high-tech sectors namely: aeronautics, space, automotive, nuclear fusion and tooling. Four pilot-scale industrial AM factories will be established and enhanced, thereby giving EU manufacturers and end-users a world-dominant position with respect to AM production of high-value metallic parts, by 20…

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FastEBM: High Productivity Electron Beam Melting Additive Manufacturing Development for the Part Production Systems Market

Term: 1. Januar 2014 - 31. Dezember 2016
Funding source: EU - 7. RP / Capacities / Forschung für spezielle Gruppen (insbesondere KMU) (SME)
Acronym: FastEBM
Project leader:

Electron beam melting additive manufacturing is used to produce successive layers of a part in a powder bed and offers the ability to produce components closest to their final dimensions, with good surface finish. At this time the process is faster than any other technique of comparable quality, however the parts are not produced at sufficient rate to make them economically viable for any but very high value specific applications. One key output of the project will be the knowledge surrounding t…

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SIMCHAIN: Development of physically based simulation chain for microstructure evolution and resulting mechanical properties focused on additive manufacturing processes

Term: 1. Juli 2013 - 30. Juni 2016
Funding source: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis)
Acronym: SIMCHAIN
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Enhacement of the SEBM-process of pure copper in order to fabricate fine knob structures with high surface quality true to size

Term: 6. Mai 2015 - 1. August 2015
Funding source: Siemens AG
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Verarbeitung und Einstellung der Mikrostruktur von y-TiAl durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen

Term: 1. April 2011 - 30. April 2013
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:

Titanaluminde haben durch das Ersetzen deutlich schwererer Nickelbasislegierungen großes Potential für Kraftstoffeinsparungen in zukünftige Generationen von Flugzeug- und Kraftwerksturbinen. Die Verarbeitung dieser Materialien gestaltet sich allerdings äußerst schwierig, da die Materialeigenschaften stark von der Mikrostruktur und chemischen Homogenität des Endproduktes abhängen. Im vorliegenden Vorhaben soll ein Rapid Manufacturing Prozess, das selektive Elektronenstrahlschmelzen, zur Verarbeit…

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Arbeitsgebiet Entwicklung von Prozessstrategien

Term: since 1. Januar 2000
Project leader:

Der Elektronenstrahl bietet aufgrund der Möglichkeit zur trägheitsfreien Ablenkung mit sehr hoher Geschwindigkeit das Potential für neuartige Prozessstrategien beim selektiven Strahlschmelzen. Mit Hilfe verschiedener Methoden der in-situ Prozessüberwachung (Wärmebild- und Hochgeschwindigkeitskamera) wird ein erhöhtes Prozessverständnis erarbeitet. Insbesondere das Potential der Quasi-Multibeam-Strategie, die der Elektronenstrahl aufgrund seiner trägheitsfreien Ablenkbarkeit erlaubt, wird genutzt…

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Arbeitsgebiet Entwicklung von SEBM Legierungen

Term: since 1. Januar 2000
Project leader:

Es wird das Potenzial des SEBM für die Verarbeitung von technischen Legierungen auf Basis von FeAl, Ni und Cu sowie von metallischen Gläsern eruiert. Bei den Eisenaluminiden steht dabei vor allen Dingen der Einfluss von Zusatzelementen, wie z.B. Bor und Titan, auf die Verarbeitbarkeit, die Mikrostruktur und die resultierenden Eigenschaften im Vordergrund. Bei den Kupferwerkstoffen liegt der Schwerpunkt auf Reinkupfer und den Einfluss von Minorelementen wie Sauerstoff oder Phosphor auf die result…

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Arbeitsgebiet Erweiterung des Potenzials von SEBM durch verbesserte Elektronenstrahltechnologie

Term: since 1. Januar 2016
Project leader:

Um die Einschränkungen der Elektronenstrahlkanonen kommerziell erhältlicher Anlagen und die damit beschränkte Prozesskontrolle zu überwinden, wurde die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzt und die gesamte Steuerung der Anlage hardwareseitig neu aufgebaut. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone  bestückt sowie mit einem Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automa…

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Arbeitsgebiet Strukturierte Reaktoren aus katalytisch aktiven Materialien

Term: since 1. Januar 2010
Project leader:

Es werden die materialwissenschaftlichen und reaktionstechnischen Grundlagen zur simultanen Erzeugung von Trägermaterial und katalytischer Funktion strukturierter Reaktoren aus Raney-Cu mittels SEBM erforscht. Der aktive Katalysator soll dabei aus der SEBM-gefertigten Struktur durch Auslaugung erzeugt werden, so dass geometrische Restriktionen der aufwändigen Beschichtungsverfahren zur katalytischen Funktionalisierung wegfallen. Durch die direkte Erzeugung des katalytisch aktiven Materials auf d…

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Arbeitsgebiet Kombinatorische Legierungsentwicklung

Term: since 1. Januar 2015
Project leader:

Kombinatorische Methoden sind in der Materialforschung Hochleistungsmethoden für die Erstellung großer sogenannter Materialbibliotheken mit z.B. kontinuierlichen Zusammensetzungsvariationen, die systematisch hinsichtlich verschiedener Eigenschaften untersucht werden können. Hierzu befindet sich der Lehrstuhl WTM aktuell im Aufbau einer Anlage der Firma InssTek zum direkten Laserauftragsschweißen aus vier Pulverbehältern in Inertgasatmosphäre.  Neben Materialbibliotheken werden sich auch Multi-Ma…

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Arbeitsgebiet Röntgen- und Neutronenmethoden zur Werkstoffanalytik von AM-Legierungen

Term: since 1. Januar 2015
Project leader:

Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforder…

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Arbeitsgebiet SEBM von speziellen Legierungen

Term: since 1. Januar 2000
Project leader:

Es wird das Potential schwierig zu verarbeitender Legierungssysteme für die Prozessierung mittels SEBM eruiert. Dazu gehören z.B. eigentlich nicht schweißbare Nickelbasislegierungen oder spezielle Kupferlegierungen. Es bestehen aber auch Erfahrungen in der Verarbeitung von Titanlegierungen, insbesondere für medizinische Anwendungen, Titanaluminiden und Stählen.

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Development of bridge plugs in the framework of sealing of deep investigation boreholes in the context of a Geologica Disposal Facility

Term: 1. Juli 2019 - 31. Dezember 2020
Funding source: Industrie
Project leader:

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SFB 814 (C5): Mesoskopische Modellierung und Simulation der Eigenschaften additiv gefertigter metallischer Bauteile (C5)

Term: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
Funding source: DFG - Sonderforschungsbereiche
Acronym: SFB 814 (C5)
Project leader: ,

Ziel dieses Teilprojekts ist es, aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen der Teilprojekte B4 und C5 den Einfluss der Bauteilränder auf die resultierende Material/Bauteil-Mesostruktur für pulver- und strahlbasierte additive Fertigungsverfahren von Metallen zu berücksichtigen und die daraus folgenden meso- und makroskopischen mechanischen Eigenschaften modellbasiert zu bestimmen. Das mechanische Verhalten dieser Mesostrukturen und der Einfluss deren unvermeidbarer fertigungsbasierter geometrisc…

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