CH611344A5 - Process for manufacturing a metal-screen cylinder or a metal template in an electroplating bath - Google Patents
Process for manufacturing a metal-screen cylinder or a metal template in an electroplating bathInfo
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Description
**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Metallsiebzylinders oder einer Metallschablone in einem galvanischen Bad, unter Verwendung einer Matrize, deren elektrisch leitende Oberfläche mit einem Raster aus isolierendem Material versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl dünner, leitender Drähte mit gegenseitigem Abstand auf der Oberfläche der Matrize angeordnet werden, und dass während des galvanischen Prozesses die Drähte etwas von der Matrizenoberfläche abgehoben werden, damit sich eine deckende Metallschicht über den ganzen Umfang der Drähte ausbilden kann. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, unter Verwendung einer zylindrischen Matrize, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des galvanischen Bades derart gewählt ist, dass beim Absetzen der Metallschicht eine Druckspannung in dieser Schicht erzeugt wird, die ein Abheben der Drähte von der Matrize herbeiführt. 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Kupferdraht um die Matrize gewickelt und die umwickelte Matrize in ein galvanisches Nickelbad eingetaucht wird, welchem eine oder mehrere organische Substanzen in derartiger Menge hinzugefügt werden, dass die Drahtwindungen um einen Abstand von 1% bis 100% des Drahtdurchmessers von der Matrizenoberfläche abgehoben werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Bades derart gewählt ist, dass die Drahtwindungen um einen Abstand, der etwa 1% des Drahtdurchmessers entspricht, von der Matrizenoberfläche abgehoben werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Drahtes mit kreisförmigem Querschnitt. 6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrize mit einem Raster aus schlitzförmigen Oberflächenteilen verwendet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrize verwendet wird, deren Raster aus längs der Erzeugenden der Matrizenoberfläche verlaufenden Nuten besteht. 8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte derart um die Oberfläche einer zylindrischen Matrize gewickelt werden, dass sie mit einer Erzeugenden dieser Oberfläche einen Winkel von über 45 bilden. 9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte mit einer Zugspannung um die Oberfläche der zylindrischen Matrize gewickelt werden, welche geringer ist als die während des galvanischen Prozesses erzeugte Druckspannung. 10. Metallsiebzylinder oder Metallschablone, hergestellt gemäss dem Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er bzw. sie aus einem galvanisch erzeugten Metallsieb besteht, dessen in einer Richtung verlaufende Teile vom galvanisch niedergeschlagenen Material vollständig eingehüllte Verstärkungsdrähte aufnehmen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Metallsiebzylinders oder einer Metallschablone in einem galvanischen Bad, unter Verwendung einer Matrize, deren elektrisch leitende Oberfläche mit einem Raster aus isolierendem Material versehen ist. Es ist ein derartiges Verfahren bekannt geworden, bei welchem man von einer metallischen, zylindrischen Matrize mit einem Raster aus nichtleitenden und nicht aus der Metalloberfläche herausragenden Punkten ausgeht. Während des galvanischen Prozesses im Bad kann sich an diesen isolierten Punkten kein Metall absetzen. Von der Peripherie dieser Punkte her setzt sich jedoch allmählich Metall über der nichtleitenden Zone ab. Demzufolge wird der Durchmesser der bezweckten Öffnungen bzw. Durchbrechungen mit zunehmender Stärke der abgelagerten Metallschicht immer kleiner. Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten, feinsten Schablonen weisen etwa 40 Öffnungen pro cm auf, d. h. solche Schablonen haben etwa 1600 bis 2000 Öffnungen pro cm2. Der Durchmesser der Öffnungen beträgt dann nur 50 bis 60 Mikron bei einer Wandstärke von etwa 80 Mirkon. Will man einen Siebzylinder herstellen, der eine grössere Anzahl noch kleinerer Öffnungen aufweist, so kann dies mit dem bekannten Verfahren nur durch die Verringerung der Wandstärke der Schablone erzielt werden. Dies geht jedoch auf Kosten der Lebensdauer der Schablone. Beispielsweise bei Verwendung als Siebdruckschablone wird sie sich infolge der Berührung mit der Rakel auf der inneren Seite und dem zu bedruckenden Material auf der äusseren Seite rascher abnützen oder zerreissen. Aus technischen Gründen lässt es sich deshalb in der Praxis nicht verantworten, unter Anwendung dieses bekannten Verfahrens die Anzahl von 2500 Öffnungen pro cm2 zu überschreiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem eine bedeutend geringere Menge niedergeschlagenen Metalls ausreicht und trotzdem eine hinreichende Festigkeit des Siebzylinders bzw. der Siebschablone erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Anzahl dünner, leitender Drähte mit gegenseitigem Abstand auf der Oberfläche der Matrize angeordnet werden, und dass während des galvanischen Prozesses die Drähte etwas von der Matrizenoberfläche abgehoben werden, damit sich eine deckende Metallschicht über den ganzen Umfang der Drähte ausbilden kann. Durch dieses Verfahren lässt sich ein ganz neuer Schablonentyp herstellen, der viel feinere Öffnungen haben kann und die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist. Bei Verwendung als Druckschablone kann die Rakel dicht bis an die druckende Aussenfläche der Schablone gelangen. Eine solche Schablone sieht aus, als ob sie aus zwei unterschiedlichen, zu einem Ganzen vereinigten Materialien aufgebaut ist, wobei die Öffnungen auf der inneren Seite im allgemeinen nicht gleich sind wie auf der äusseren Seite. Der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Siebzylinder bzw. die Schablone hat auch eine erhöhte Beständigkeit gegen Faltenbildung und Verformung. Der Minimalmaschenwert kann von 100 bis auf 160 hinaufgetrieben werden. Trotz der möglichen Zunahme der Wandstärke der niedergeschlagenen Schicht von einem bisherigen Maximalwert von 80 Mikron auf sogar 110 Mikron schliessen sich die Öffnungen nicht. Durch die Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, entweder eine erhöhte Festigkeit mit der üblichen Grösse der Öffnungen oder grössere Öffnungen in einer Schablone normaler Stärke zu erhalten. Das Abheben der Drähte von der Matrizenoberfläche wäh rend des galvanischen Prozesses kann durch die Erzeugung einer Druckspannung in der Metallabsetzung verbessert wer den. Die Erfindung basiert auch auf der Erkenntnis, dass es zwecks Aufnahme der Kräfte in der Längsrichtung der Rakel genügt, eine Wandstärke anzuwenden, die ein Viertel oder ein Drittel der Wandstärke beträgt, die zum Aufnehmen der in Querrichtung darauf einwirkenden Reibungskräfte der Rakel erforderlich ist. Letztere Kräfte samt der von dem zu bedruk kenden Material ausgeübten Kraft werden ganz von den Dräh ten aufgenommen. Demzufolge kann die herkömmliche, für galvanische Schablonen erforderliche Stärke bei gleicher Festigkeit und Lebensdauer der Schablone von 80 Mikron sogar auf nur 25 bis 30 Mikron herabgesetzt werden. Mit Vorteil wird das Verfahren derart durchgeführt, dass in der die Drähte bedeckenden galvanischen Schicht eine Druckspannung entsteht. Dadurch werden die Drähte gestreckt und lösen sich von der Matrizenoberfläche, so dass die Drähte völlig von dem galvanisch niedergeschlagenen Metall umhüllt werden, wodurch sich eine Erhöhung der chemischen Beständigkeit und der mechanischen Stärke des Siebes ergibt. Die Drähte können entweder aus Metall oder aus einem nichtleitendem, mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehenen Material wie Kunststoff od. dgl. bestehen. Es ist aus der Literatur bekannt, dass beim Niederschlagen von Nickel auf galvanischem Wege eine Metallabsetzung erhalten wird, in der eine innere Zugspannung auftritt. Durch den Zusatz bestimmter Substanzen zum galvanischen Bad ist es möglich, die Zugspannung in eine Druckspannung umzuwandeln. Diese Spannungen können z. B. mit dem Spiralkontraktometer von Brenner und Senderoff gemessen werden (siehe Proceeding of the American Electroplaters' Society 35,53 (1948)). Wenn man dafür sorgt, dass das Bad eine Zusammensetzung aufweist, die eine derartige Druckspannung im niedergeschlagenen Metall herbeiführt, strecken sich die Drähte und heben sich von der Matrizenoberfläche ab. In dieser Weise kann eine völlige Einbettung des Drahtes erzielt werden. So lässt sich das Verfahren unter Verwendung einer mit einem dünnen Kupferdraht umwickelten, zylindrischen Matrize bei geeigneter Zusammensetzung des galvanischen Bades derart durchführen, dass die Drahtwindungen von der Matrizenoberfläche um einen Abstand, der zumindest 1% des Drahtdurchmessers entspricht, abgehoben werden. Der Raster aus isolierendem Material kann durch schlitzförmige Oberflächenteile der Matrize gebildet werden. Diese Schlitze oder Nuten erstrecken sich mit Vorteil parallel zu der Erzeugenden der zylindrischen Matrize. Weisen die Drähte einen kreisförmigen Querschnitt auf, so ist die Neigung zum Verschliessen der Durchbrechung bzw. Öffnung durch ein seitliches Auswachsen des niedergeschlagenen Metalls verringert. Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen Metallsiebzylinder oder eine Metallschablone, welche bei Durchführung des oben definierten Verfahrens erhalten wird. Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es handelt sich im Beispiel um einen Metallsiebzylinder mit einem verhältnismässig grossen Durchmesser. Es könnte sich jedoch auch um eine flache Metallschablone handeln. - Fig. 1 eine Aufsicht in vergrössertem Masstab auf einen kleinen Ausschnitt des Siebzylinders, - Fig. 2 und 3 je einen Schnitt nach der Linie II-II bzw. III III der Fig. 1, - Fig. 4 eine perspektivische Ansicht in noch grösserem Massstab eines kleinen Teiles des Siebzylinders mit der darunter angeordneten Matrize. Auf einer aus Metall hergestellten Matrize 1 ist durch Ätzen oder auf mechanischem Wege (z. B. mittels einer Rändelwalze) ein Raster mit seichten Vertiefungen oder Nuten 2 angebracht, die durch ein elektrisch isolierendes Material 3, wie Email oder Kunstharz, ausgefüllt sind. Die Nuten 2 können eine Breite von 250 Mikron und eine Länge von 1000 Mikron haben. Zwischen diesen Nuten sind Stege 4 von einer Breite von beispielsweise 30 Mikron freigelassen. Im Beispiel liegt die Längsachse der Schlitze oder Nuten parallel zur Erzeugenden oder Mittelachse der zylindrischen Matrize. Es ist von Bedeutung, dass die Hauptachse jeder Nut 2 einen Winkel mit der Längrichtung des auf den Zylinder gewickelten Drahtes 5 bildet. Vor dem Aufbringen des Drahtes wird die Metalloberfläche der zylindrischen Matrize 1 nach einem in der Technik bekannten Verfahren derart passiviert, dass das später galvanisch niedergeschlagene Metall nicht darauf haftet. Anschliessend werden auf die Matrize 1 eine Anzahl von mit etwas Abstand nebeneinander liegenden Windungen eines dünnen Drahtes 5 unter Beibehaltung einer geringen Zugspannung aufgewickelt. In der dargestellten Ausführungsform hat der Draht 5 einen Durchmesser von 25 Mikron und es beträgt der gegenseitige Abstand der Windungen 100 Mikron. Demzufolge ergeben sich pro cm Länge der Matrize 1 etwa 80 Windungen. Nachdem der Anfang und das Ende des Drahtes 5 an der Matrize 1 befestigt sind, wird diese in ein galvanisches Nickelbad getaucht. Auf der Matrize bildet sich anschliessend eine Schicht 6 aus Nickel von einer Stärke von beispielsweise 30 Mikron, welche die angebrachten Drahtwindungen ganz umhüllt. Zu diesem Umhüllen trägt der Zusatz bestimmter organischer Stoffe wie Sacharin, zum Nickelbad fördernd bei. Diese Stoffe bewirken die Entstehung einer Druckspannung im niedergeschlagenen Metall 6, wodurch in den Drähten 5 eine Zugspannung erzeugt wird, so dass sich zwischen der Matrize 1 und den Drähten 5 ein Abstand ergibt. Die Drähte werden also von der Matrize etwas abgehoben. Andere Stoffe können den gleichen Vorgang herbeiführen. Es ist bekannt, dass ein Nickelbad, welches Nickel in Form von Salz der Schwefelsäure enthält, die erforderliche Druckspannung unter bestimmten Umständen erzeugen kann. Der Wert dieses Abstandes kann in einfacher Weise berechnet werden, wie aus dem nachstehenden Beispiel hervorgeht: - Der Durchmesser der Matrize 1 sei 20 cm; - Der Elastizitätsmodul E des Kupferdrahtes 5 betrage 12.000 kg/mm2; - Die Wickelspannung des Drahtes 5 auf der Matrize 1 betrage 1 kg/mm2; - Ferner soll der Draht 5 um eine Distanz von 1 Mikron von der Matrize 1 abgehoben werden. Ein Zwischenraum von 1 Mikron bedeutet, dass der Durch messer der Drahtwindungen um 2 Mikron zunehmen soll. Es soll also mit anderen Worten jede Windung rund 6 Mikron länger werden. Die ursprüngliche Umfanglänge jeder Windung um die Matrize mit einem Durchmesser von 20 cm beträgt rund 60 cm oder 600.000 Mikron. Daraus ergibt sich, dass jede Windung um l/zooo% gedehnt werden muss, damit sie um 6 Mikron länger wird. Aus der bekannten Formel Spannungs-Dehnungs-Formel o= E E E ergibt sich, dass die notwendige Zugspannung a im Kupferdraht 12.000x0.00001 = 0.12 kg/mm2 betragen wird. Da zum Wickeln des Drahtes 5 eine Vorspannung von 1 kg/ mm2 angewandt wurde, muss die Druckspannung in dem auf galvanischem Wege niedergeschlagenen Nickel einen Wert von 0.12 + 1 = 1.12 kg/mm2 aufweisen. Dieser Anforderung kann in der Praxis leicht genügt werden. Die Nuten 2 verlaufen mit Vorteil in einer zur geometrischen Achse der zylindrischen Matrize 1 parallelen Richtung. Zweckmässigerweise sollen die Drähte derart aufgewickelt werden, dass sie mit der Erzeugenden der Matrizenoberfläche einen Winkel von über 45 bilden. Es ist auch möglich, Vertiefungen bzw. Nuten an der zylindrischen Matrize anzubringen, die sich über die ganze Länge derselben erstrecken. Möglich sind auch spiralförmig verlaufende Nuten. Schliesslich kann man endlose oder unterbrochene Nuten am Umfang der Matrize vorsehen. In letzterem Fall sollen die Drähte in axialer Richtung der Matrize angeordnet werden. Ganz allgemein empfiehlt es sich, die Drähte immer derart anzubringen, dass sie mit der allgemeinen Längsrichtung des Matrizenrasters einen Winkel von mindestens 45o bilden. Es sei weiter erwähnt, dass mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens auch dadurch eine flache Schablone hergestellt werden kann, dass der Siebzylinder nach der Herstellung in Längsrichtung durchgeschnitten wird. Das hergestellte Sieb kann entweder als eine Schablone für das Siebdruckverfahren oder als ein Sieb für verschiedene Zwecke verwendet werden. Der Durchmesser des Drahtes 5 wird normalerweise zwischen 20 und 100 Mikron liegen. Der Querschnitt ist vorzugsweise rund, damit die seitliche Metallabscheidung nicht zu ausgeprägt wird. Zusammengefasst hat der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Siebzylinder bzw. die Schablone folgende Vorteile: - Auch bei sehr geringer Dicke der galvanisch niedergeschlagenen Metallschicht 6 ist die Festigkeit besonders in der Richtung der Verstärkungsdrähte beträchtlich; - Der Verbrauch an Nickel ist im Vergleich zum herkömmlichen galvanischen Verfahren erheblich reduziert; - Die völlige Einbettung der Drähte 5 im Nickel 6 erhöht die chemische Beständigkeit und die mechanische Festigkeit des Metallsiebzylinders bzw. der Schablone.
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Metallsiebzylinders oder einer Metallschablone in einem galvanischen Bad, unter Verwendung einer Matrize, deren elektrisch leitende Oberfläche mit einem Raster aus isolierendem Material versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl dünner, leitender Drähte mit gegenseitigem Abstand auf der Oberfläche der Matrize angeordnet werden, und dass während des galvanischen Prozesses die Drähte etwas von der Matrizenoberfläche abgehoben werden, damit sich eine deckende Metallschicht über den ganzen Umfang der Drähte ausbilden kann.2. Verfahren nach Patentanspruch 1, unter Verwendung einer zylindrischen Matrize, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des galvanischen Bades derart gewählt ist, dass beim Absetzen der Metallschicht eine Druckspannung in dieser Schicht erzeugt wird, die ein Abheben der Drähte von der Matrize herbeiführt.3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Kupferdraht um die Matrize gewickelt und die umwickelte Matrize in ein galvanisches Nickelbad eingetaucht wird, welchem eine oder mehrere organische Substanzen in derartiger Menge hinzugefügt werden, dass die Drahtwindungen um einen Abstand von 1% bis 100% des Drahtdurchmessers von der Matrizenoberfläche abgehoben werden.4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Bades derart gewählt ist, dass die Drahtwindungen um einen Abstand, der etwa 1% des Drahtdurchmessers entspricht, von der Matrizenoberfläche abgehoben werden.5. Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Drahtes mit kreisförmigem Querschnitt.6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrize mit einem Raster aus schlitzförmigen Oberflächenteilen verwendet wird.7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrize verwendet wird, deren Raster aus längs der Erzeugenden der Matrizenoberfläche verlaufenden Nuten besteht.8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte derart um die Oberfläche einer zylindrischen Matrize gewickelt werden, dass sie mit einer Erzeugenden dieser Oberfläche einen Winkel von über 45 bilden.9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte mit einer Zugspannung um die Oberfläche der zylindrischen Matrize gewickelt werden, welche geringer ist als die während des galvanischen Prozesses erzeugte Druckspannung.10. Metallsiebzylinder oder Metallschablone, hergestellt gemäss dem Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er bzw. sie aus einem galvanisch erzeugten Metallsieb besteht, dessen in einer Richtung verlaufende Teile vom galvanisch niedergeschlagenen Material vollständig eingehüllte Verstärkungsdrähte aufnehmen.Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Metallsiebzylinders oder einer Metallschablone in einem galvanischen Bad, unter Verwendung einer Matrize, deren elektrisch leitende Oberfläche mit einem Raster aus isolierendem Material versehen ist. Es ist ein derartiges Verfahren bekannt geworden, bei welchem man von einer metallischen, zylindrischen Matrize mit einem Raster aus nichtleitenden und nicht aus der Metalloberfläche herausragenden Punkten ausgeht. Während des galvanischen Prozesses im Bad kann sich an diesen isolierten Punkten kein Metall absetzen.Von der Peripherie dieser Punkte her setzt sich jedoch allmählich Metall über der nichtleitenden Zone ab. Demzufolge wird der Durchmesser der bezweckten Öffnungen bzw. Durchbrechungen mit zunehmender Stärke der abgelagerten Metallschicht immer kleiner.Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten, feinsten Schablonen weisen etwa 40 Öffnungen pro cm auf, d. h.solche Schablonen haben etwa 1600 bis 2000 Öffnungen pro cm2. Der Durchmesser der Öffnungen beträgt dann nur 50 bis 60 Mikron bei einer Wandstärke von etwa 80 Mirkon. Will man einen Siebzylinder herstellen, der eine grössere Anzahl noch kleinerer Öffnungen aufweist, so kann dies mit dem bekannten Verfahren nur durch die Verringerung der Wandstärke der Schablone erzielt werden. Dies geht jedoch auf Kosten der Lebensdauer der Schablone. Beispielsweise bei Verwendung als Siebdruckschablone wird sie sich infolge der Berührung mit der Rakel auf der inneren Seite und dem zu bedruckenden Material auf der äusseren Seite rascher abnützen oder zerreissen. Aus technischen Gründen lässt es sich deshalb in der Praxis nicht verantworten, unter Anwendung dieses bekannten Verfahrens die Anzahl von 2500 Öffnungen pro cm2 zu überschreiten.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem eine bedeutend geringere Menge niedergeschlagenen Metalls ausreicht und trotzdem eine hinreichende Festigkeit des Siebzylinders bzw. der Siebschablone erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Anzahl dünner, leitender Drähte mit gegenseitigem Abstand auf der Oberfläche der Matrize angeordnet werden, und dass während des galvanischen Prozesses die Drähte etwas von der Matrizenoberfläche abgehoben werden, damit sich eine deckende Metallschicht über den ganzen Umfang der Drähte ausbilden kann.Durch dieses Verfahren lässt sich ein ganz neuer Schablonentyp herstellen, der viel feinere Öffnungen haben kann und die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist. Bei Verwendung als Druckschablone kann die Rakel dicht bis an die druckende Aussenfläche der Schablone gelangen. Eine solche Schablone sieht aus, als ob sie aus zwei unterschiedlichen, zu einem Ganzen vereinigten Materialien aufgebaut ist, wobei die Öffnungen auf der inneren Seite im allgemeinen nicht gleich sind wie auf der äusseren Seite.Der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Siebzylinder bzw. die Schablone hat auch eine erhöhte Beständigkeit gegen Faltenbildung und Verformung. Der Minimalmaschenwert kann von 100 bis auf 160 hinaufgetrieben werden. Trotz der möglichen Zunahme der Wandstärke der niedergeschlagenen Schicht von einem bisherigen Maximalwert von 80 Mikron auf sogar 110 Mikron schliessen sich die Öffnungen nicht. 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