Bei einem Thermodruck-Verfahren wird das gewünschte Druckergebnis „drucklos“, das heißt ohne mechanischen Anschlag oder Andruck, durch punktuelle Hitzeerzeugung erreicht. Zum Drucken wird das hitzeempfindliches Thermopapier von einem Thermodruckkopf an den zu bedruckenden Stellen aufgeheizt. Dieser Druckkopf besteht aus einer Gruppe kleiner Heizwiderstände. Anstatt eines Thermodruckkopfes werden auch Thermodruckzeilen verwendet. Durch eine ausreichende Wärmeableitung wird eine genügend kleine thermische Zeitkonstante dieser Heizelemente erreicht, um eine Papierbahn bei fortlaufender Bewegung mit hoher Auflösung bedrucken zu können. Die Druck- beziehungsweise Punktdichte wird sowohl in Dots per Inch (dpi) als auch gelegentlich in Dots per Millimeter (dpm) angegeben. Übliche Druckdichten sind 6, 8, 12 oder 24 dpm (entsprechend 150, 200, 300 oder 600 dpi). Es gibt jedoch auch noch feinere Druckdichten. Die Thermodruckköpfe sind empfindlich gegen Verschmutzung. Vor allem die Ablagerungen des metallhaltigen Staubs können einen Kurzschluss zwischen den Thermowiderständen herbeiführen.
Thermodrucker
Thermodrucker sind einfach aufgebaut, ermöglichen je nach Verwendungszweck äußerst kleine Bauformen und benötigen kein Farbband, dafür aber teures Papier, das mit der Zeit vergilbt, so dass der Ausdruck nach etwa einem halben Jahr nicht mehr oder nur noch schlecht sichtbar ist. Früher wurden Thermodrucker oft bei Faxgeräten eingesetzt, heute kommen die Drucker überwiegend bei Kassenbons, Fahrkartenautomaten oder Labeldruckern zum Einsatz. Die Entwicklung von Thermodruckern geht momentan dahin, für spezielle Anwendungen wiederbeschreibbare Thermofolien einzuführen, die sich mehrfach beschreiben und löschen lassen. Ein Vorteil des Thermodruck-Verfahrens ist, dass Thermodrucker relativ leise arbeiten. Nachteilig ist aber, dass der Kontrast nicht sehr hoch ist, dass sich das Papier bei Lagerung in der Wärme oder bei Sonneneinstrahlung weiter abdunkelt und dass die Drucke im Laufe der Zeit verblassen.
Thermokopierer
Thermokopierer sind sehr einfach aufgebaute, veraltete Kopiergeräte und erfordern die Verwendung von Thermokopier-Papier, das direkt mit der durch eine starke Lampe erhitzten Vorlage in Kontakt gebracht wird. Die einseitige Vorlage muss starke schwarz-weiß-Kontraste aufweisen und wird in Kontakt mit dem wärmeempfindlichen Papier von diesem abgewandt an einer starken Lichtquelle vorbeigeführt. Durch die lokale, besonders an den dunklen, bedruckten Stellen stattfindende Durchwärmung der Vorlage, schwärzt sich das Thermokopierpapier an diesen Stellen und erzeugt ein Positiv des Originals. Thermokopierer können deshalb bei dicken Vorlagen nur schlecht arbeiten. Zur Anpassung an die Papierstärke und den Kontrast des Originales lässt sich die Fördergeschwindigkeit variieren. Thermokopien sind jedoch nicht lange haltbar, da sie sehr lichtempfindlich sind und keine hohen Temperaturen aushalten. Deshalb wurden die Thermokopierer durch das heutige Xerox-Verfahren (Elektrofotografie) abgelöst.
Etikettendrucker
Etikettendrucker verwendet man für den Ausdruck von Etiketten zur Kennzeichnung von Waren und Belegen. Diese Drucker arbeiten meist auf Thermotransfer- oder Thermobasis und können von Rollen oder Fanfoldern Etiketten endlos ausdrucken. Etikettendrucker können auch mit Etikettenspendern ausgerüstet sein, um Etiketten einzeln wegnehmen zu können. Etikettendrucker haben sich vor allem im Handel und in der Industrie durchgesetzt, wo Barcodeetiketten flexibel und auch in geringen Stückzahlen hergestellt werden müssen. Leistungsfähige Industriegeräte drucken heute mit Geschwindigkeiten von rund 30 cm pro Sekunde bei niedrigen Auflösungen (150–200 dpi genügen für Barcodeleser).
Bei Etikettendruckern unterscheidet man zwischen dem Thermo(direkt)- und dem Thermotransfer-Verfahren. Beim Thermodruck wird die Schrift durch punktweises Erhitzen auf thermosensitivem Papier dargestellt. Diese Technik ist jedoch nur für kurzlebige Etiketten und Papier zu verwenden, da die Ausdrucke nachdunkeln. Beim Thermotransferdruck wird ein Wachsband am Druckkopf vorbeigeführt, von dem die Farbe dann auf das Normalpapier geschmolzen wird.
Thermodrucktechniken
Bei Thermodruckern gibt es im Wesentlichen drei verschiedene Drucktechniken: den Thermodirektdruck, den Thermotransferdruck und den Thermosublimationsdruck. Thermotransferdrucker werden vor allem im Bereich hochwertiger Farbdrucke verwendet, wie beispielsweise im Foto- oder Barcodedruck. Beim Thermotransferdruck werden verschiedenfarbige Farbfolien, deren Farbpartikel in einer Wachsschicht eingebettet sind, geschmolzen und auf das Papier aufgebracht. Da jedoch die Farbfolie nur einmal benutzt werden kann, sind diese Drucker im Betrieb sehr teuer. Mit dem Thermosublimationsdrucker lassen sich feine Farbabstufungen in einer Qualität drucken, die für Proofdrucke im grafischen Gewerbe ausreicht.
Thermodirektdruck
Die ersten Thermodirektdrucker wurden für billige Faxgeräte eingesetzt. Inzwischen kommen Thermodirektdrucker auch noch als Bon-, Etiketten- oder Fahrkarten-Drucker zum Einsatz. Mit einem Thermodruckkopf oder einer Thermozeile wird direkt auf ein thermosensitives Spezialpapier gedruckt, das sich bei Erwärmung schwärzt. Dieses Spezialpapier enthält farblose Partikel und Wachs, die entweder getrennt von der Papierschicht in einer extra Schicht oder miteinander vermischt sind. An denjenigen Stellen, an denen gedruckt werden soll, wird das Papier erwärmt, die Partikel verändern sich chemisch und werden, wie bereits erwähnt, schwarz. Die Ausdrucke sind normalerweise einfarbig, können jedoch auch zweifarbig sein. Klassisches Thermopapier ist licht- und temperaturempfindlich, daher verlangen Finanzämter in verschiedenen Ländern dauerhafte Kopien von Thermodruck-Kaufbelegen. Bei Verwendung geeigneter Thermopapiere und bei licht- und hitzegeschützter Lagerung sind die Ausdrucke jedoch auch nach vielen Jahren noch lesbar. Das heutzutage verwendete Papier zeigt außerdem deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. Das wird zum Teil durch Aufbringen einer Schutzschicht, aber auch durch verbesserte Rezepturen erreicht. Für einige Papiersorten garantieren die Hersteller sogar eine Haltbarkeit von 25 Jahren. Nachdem die Kosten für Thermodrucker sehr gering sind, hohe Druckgeschwindigkeiten erreicht werden können und äußerst kompakte und einfache Bauformen möglich sind, wendet man Thermodirektdrucker beispielsweise für Preisetiketten, Kassenbelege, Eintrittskarten, Paketaufkleber, Kofferetiketten am Flughafen und ähnliche Zwecke an. Spezielle Thermodirektdrucker können auch für den Thermotransferdruck verwendet werden.
Thermotransferdruck
Der Wunsch nach einer sehr hohen Auflösung des Druckbildes führte zum vermehrten Einsatz von Thermotransferdruckern. Beim Thermotransferdruck wird über dem Medium eine spezielle Farbfolie unter einem Thermodruckkopf geführt. Es werden also keine Gewebefarbbänder, sondern mit Farbe beschichtete Thermotransfer-Folien verwendet. Der Thermodruckkopf besitzt Hunderte von computergesteuerten Heizelementen, welche die Aufgabe haben das Druckbild zu übertragen. Wird ein Heizelement angesteuert und dessen Kopf erhitzt, schmilzt in der Folie die Farbschicht und somit wird die Farbe auf das Papier übertragen. Die glatte Oberfläche der Folie sorgt für einen exakten Farbaufdruck und erzielt eine hervorragende Druckqualität. Diese Art von Druck ist also durch einen höheren Oberflächenglanz als bei den meisten anderen Druckverfahren erkennbar. Da sämtliche Ausdrucke auf der verbrauchten Thermotransferfolie dauerhaft lesbar bleiben, besteht für Anwendungen bei Banken, Industrie und Behörden ein Datensicherheitsrisiko. Das Druckmedium braucht beim Thermotransfer-Verfahren nicht unbedingt Papier zu sein, es muss nur die Folie und die Temperatur auf das zu bedruckende Medium abgestimmt werden, dann können auch bestimmte Kunststoffoberflächen bedruckt werden. Es ergibt sich jedoch ein umso besseres Druckbild, je glatter die Oberfläche ist. Eingesetzt wird ein Thermotransferdrucker oftmals zum Druck von dauerhaften Etiketten (zum Beispiel Seriennummern). Kein anderes Druckverfahren ist hinsichtlich der Thermotransferfolien sowie der zu bedruckenden Medien so individuell wie ein Thermotransferdrucker.
Die Vorteile eines Thermotransferdruckers liegen im digitalen Druck (das heißt, es sind keine Druckplatten notwendig), in der sehr guten Druckauflösung (das bedeutet, diese Drucker sind auch für High Density Barcodes geeignet), im hohen Druckkontrast und in der größeren Druckzuverlässigkeit aufgrund der wenigen mechanischen Teile. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Druckkopf durch die Farbfolie vom Kontakt mit dem zu bedruckenden Material geschützt ist. Außerdem ist der Thermotransferdruck für Materialien ohne oder mit nicht ablösbarem sowie permanent haftendem Kleber geeignet. Des Weiteren ist ein Farbdruck möglich, es sind Farbfolien für anspruchsvolle Anwendungen verfügbar und es gibt eine große Auswahl an Materialien und Farbfolienkombinationen. Um farbige Ausdrucke erstellen zu können, wird eine Farbfolie verwendet, bei der Abschnitte für die Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und bei manchen Druckern auch noch Schwarz vorkommen. Jeder dieser Farbabschnitte ist so groß wie eine Druckseite. Um mit allen vier Farben drucken zu können, muss das Papier also viermal bedruckt werden, wobei die Folie jeweils um einen Abschnitt weitertransportiert wird.
Nachteile eines Thermotransferdruckers sind die hohen Druckkosten, die sich durch die nur einmalige Benutzbarkeit der Farbfolie ergeben. Es wird nämlich jedes Mal ein kompletter Satz der Farbabschnitte verbraucht. Auch wenn man beispielsweise nur einen Briefkopf ausdrucken will, der in einer Ecke ein kleines farbiges Logo aufweist, verbraucht man die gleiche Menge an Farbe, als würde man ein großes Foto ausdrucken wollen. Aus diesem Grund sind die Verbrauchskosten für Thermotransferdrucker relativ hoch. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass sich die Farbe durch mechanische Einwirkung teilweise vom Papier lösen kann. Außerdem ist eine sicherheitskritische Verwendung von Thermotransfer-Ausdrucken nicht möglich.
Wie bereits erwähnt liegen die Einsatzbereiche von Thermotransferdruckern im Druck von Barcode-, Typen- und Inventarschildern (für den Innen- und Außeneinsatz), von Schildern für Produkte mit langer Haltbarkeit, Schaltschrank- und Gerätekennzeichnung, Schildern für Materialfluss und Inhaltskennzeichnung, Etiketten für Textilbereiche und im Druck von Warnhinweisen.
Thermosublimationsdruck
Das Thermosublimationsdruck-Verfahren ist ein Farbdruckverfahren von Thermodruckern. Der Thermosublimationsdrucker ist vom Prinzip her wie ein Thermotransferdrucker aufgebaut. Der Unterschied besteht lediglich in einer Heizleiste, die in 256 Stufen erhitzt werden kann und die eine abgestufte Übertragung der Farbpigmente von der Folie auf das Papier bzw. die Folie ermöglicht. Die einzelnen verschiedenfarbigen Pigmente werden dabei übereinander gedruckt, wodurch es möglich wird, echte Halbtöne zu drucken.
Ähnlich wie beim Thermotransferdruck wird beim Thermosublimationsdruck Farbwachs auf das Papier bzw. die Folie aufgebracht, dabei werden besonders hohe Temperaturen von 300 bis 400 °C benutzt, wodurch das Wachs in einen gasförmigen Zustand versetzt und dann aufgedampft wird. Dabei führt die Erhitzung einzelner Bildpunkte des Druckkopfes zu einer Verdampfung von Farbstoffen der Farbträgerfolie mit aufeinanderfolgenden Cyan/Magenta/Gelb/Schwarz-Feldern, die sich dann auf einem Spezialpapier bzw. einer Spezialfolie niederschlagen. Die Temperatur bestimmt dabei die Menge an Farbstoff, die auf das Papier übertragen werden soll, und steuert damit auch die Helligkeit des Bildpunktes. Mit dem sogenannten Continuous-Tone-Verfahren erzielen Thermosublimationsdrucker eine große Farbtiefe und liefern eine gute Farbsättigung. Das Thermosublimationsdruckverfahren ist daher bei kompakten Fotodruckern, etwa bei einigen Druckern der Firma Canon wie etwa der Selphy-Serie, sehr populär. Früher war z.B. ein Tektronix Phaser Thermosublimations-Proof-Drucker extrem teuer in Anschaffung und Betrieb. Die extreme Popularität der kompakten Fotodrucker hat inzwischen jedoch sowohl die Geräte wie auch das Verbrauchsmaterial sehr erschwinglich gemacht, auch wenn deren Farbtreue nicht an professionelle Proof-Drucker hinkommt.
Im Unterschied zum Thermotransfer-Verfahren wird beim Thermosublimationsdruck die Farbpigmentmischung auf der Trägerfolie verdampft und dringt in die Oberfläche des zu bedruckenden Materials (Papier oder Kunststoff) ein. In Abhängigkeit von der Energiemenge, die jedem Druckpunkt zugeführt wird, kann die Menge der zu übertragenden Farbe gesteuert werden, wodurch eine hohe Farbauflösung erreicht wird. Es gibt bis zu 64 Abstufungen pro Farbe, somit entstehen brillante Farben. Nachteile von Thermosublimationsdruckern sind jedoch die langsame Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig hohen Kosten, denn je Druckvorgang kann immer nur eine Farbe zur Zeit aufgebracht werden. Meistens muss das Druckbild auch noch im letzten Durchgang mit einer transparenten Schutzschicht abgedeckt werden, um die nötige Haltbarkeit und Abriebfestigkeit zu erreichen. Da das Verfahren besonders für den Ausdruck von digitalen Bildern benutzt wird, muss je Bildpunkt bis zu vier Mal dieselbe Druckposition präzise angesteuert werden, um mit den üblichen vier Standarddruckfarben (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz) den gewünschten Farbton zu erreichen. Weil die vier verschiedenen Farben getrennt voneinander und periodisch nacheinander auf der Farbträgerfolie in jeweils genau den gleichen Abständen zur Verfügung stehen, wird meist nach einem Einfarbausdruck einer Druckzeile die Trägerfolie zur nächsten Farbe transportiert und der Vorgang mit dieser Farbe wiederholt. Dies geschieht so lange bis alle vier Farben aufgetragen sind. Mit dem Thermosublimationsdrucker lassen sich auch feine Farbabstufungen in einer Qualität drucken, die für Proofdrucke im grafischen Gewerbe ausreicht. Interessant ist, dass diese Drucker ihre hochwertige Bildausdrucke mit einer vergleichsweise niedrigen Auflösung von 200 dpi erreichen. Das ist ein Nachweis dafür, dass die Farbdruckqualität nicht nur von der Auflösung, sondern auch von der Art der Farbmischung abhängt.
Die Druckergebnisse von Thermosublimationsdruckern sind also von höchster Qualität und einem Farbfoto sehr ähnlich. Anwendungsgebiete waren in den Anfängen der Digitalfotografie vor allem in Fotostudios vorzufinden. Einige dieser Drucker können heutzutage direkt über Bluetooth oder Infrarotschnittstelle an Digitalkameras angeschlossen und als mobile Drucklösung für unterwegs verwendet werden. Jedoch sind sowohl die Anschaffungskosten von großformatigen Thermosublimationsdruckern als auch die Betriebskosten (Farbfolien, Spezialpapier) so hoch, dass diese Drucker für den Bürobereich und den privaten Gebrauch nicht wirklich in Frage kommen und keine Alternative zu den sehr preiswerten Tintenstrahldruckern sind. Die speziell für den Heimbereich angebotenen preiswerteren Thermosublimationsdrucker wie etwa die Canon Selphy-Geräte, bleiben nämlich hinter der Qualität der Profimodelle so weit zurück, dass ihr Nutzen zweifelhaft ist.
Thermopapier
Thermopapier ist eine spezielle Papiersorte für Thermodrucker, die auf der zu bedruckenden Seite mit einer thermosensitiven Schicht versehen ist. In dieser hitzeempfindlichen Schicht sind Pigmente, Binder, Farbbildner, Entwickler und Hilfsstoffe enthalten, die unter Einwirkung von Wärme durch Heizelemente in einem Thermodruckkopf einen meist schwarzen Farbstoff bilden. Das Thermopapier wird während dem Druckvorgang an den zu beschreibenden Stellen durch diese kleinen Heizelemente im Thermodruckkopf punktuell erhitzt. Dadurch reagieren Farbbildner und Entwickler und ergeben einen schwarzen oder andersfarbigen Farbton. Durch unterschiedlich hohe Drucktemperaturen lassen sich auf dafür geeignetem Thermopapier in speziellen Thermodruckern auch mehrere Farbstufen realisieren.
Thermopapier ist in Flächengewichten von 48 bis 240 g/m² erhältlich und kann deswegen zum Beispiel in Kassen, Fahrkartenautomaten und Kontoauszugsdruckern verwendet werden. Billige Thermopapiere altern jedoch sehr schnell, sodass die Schrift schon nach wenigen Wochen stark verblasst sein kann. Vor allem bei Rechnungen und anderen Dokumenten, die über mehrere Jahre aufbewahrt werden müssen, ist das äußerst problematisch. Für diesen Fall sollte man eine Kopie auf Normalpapier anfertigen, was auch von Supermärkten und einigen Banken auf der Rückseite der Kassenbons beziehungsweise der Kontoauszüge erwähnt wird. Aufbewahrungsfähige Kopien herzustellen bleibt also dem Kunden überlassen. Des Weiteren gibt es eigentlich keine Möglichkeit überhitztes und somit schwarz beziehungsweise farbig gewordenes Thermopapier in seinen Ausgangszustand zu versetzen, um den Aufdruck wieder sichtbar zu machen. Um den Ausdruck möglichst lange zu erhalten, sollte man Thermopapier auf keinen Fall dem direkten Sonnenlicht, keiner großen Wärme und keinen Weichmacher, die zum Beispiel in Kunststofffolien enthalten sind, aussetzen. Auch Gerbstoffe, die gelegentlich in Ledergeldbörsen enthalten sind, können das Druckbild relativ schnell verblassen lassen. Prinzipiell ist die Haltbarkeit von Thermopapier jedoch stark von der Qualität des Papiers abhängig. Es gibt auch Thermopapiere mit einer Garantie für 25 Jahre Haltbarkeit.
Geschichte des Thermodruckers
In der ehemaligen DDR wurde 1976 im Büromaschinenwerk Sömmerda, dem zentralen Druckerhersteller der damaligen DDR, mit den Forschungsarbeiten für die Herstellung des Thermodruckers begonnen. Im Gegensatz zur westlichen Welt, die auf die Dickschichttechnik setzte, wurde ein Dünnschicht-Druckkopf auf Glassubstrat entwickelt. Dieser Druckkopf war alphanumerisch und hatte eine Auflösung von 60 Punkten pro Zoll, das heißt Druckzeichen im Raster von 5x7. Heute liegen die Spitzenwerte bei 600dpi. Eine wichtige Rolle für die Akzeptanz der Thermodrucktechnologie spielte die erreichbare Druckqualität. Diese wird auch heute noch maßgeblich vom Thermopapier bestimmt. Dieses Spezialpapier war in der DDR mehr als schlecht. Die aggressiven Bestandteile des bräunlichen Papiers der Thermokopierer reduzierten die Lebensdauer der Thermodruckköpfe und der geringe Kontrast machte die Ausdrucke schlecht lesbar. Darunter litt die Akzeptanz der Thermodrucker erheblich. Seit dem Jahr 2006 werden in Sömmerda von der Firma "cab Produkttechnik GmbH" erfolgreich Thermotransfer-Etikettendrucker in einer breiten Palette entwickelt, produziert und weltweit vermarktet.
Der erste Thermotransfer-Etikettendrucker wurde jedoch 1981 von der japanischen Firma SATO, einem weltweiten Unternehmen, erfunden. Im Jahr 1986 kam dann der erste Etikettendrucker der Welt mit einer Druckgeschwindigkeit von 100 mm/Sek. auf den Markt.
Hersteller von Thermodruckern
Folgende Hersteller bieten Thermodrucker an: Brother, Dymo, Xerox, Sony, Zebra, Itochu, Canon, Kodak, Epson, Seiko, Olympus, Acer, Agfa, C.itoh, Casio, D-Link, Dell, Eltron, Fuji, Genicom, Hewlett Packard, Hi-Touch, IBM, Infoprint, Intermec, JVC, Konica Minolta, Mitsubishi, Olympus, Panasonic, Panduit, Pentax, Polaroid, Primera, Reiner, SMC, Sagem, Samsung, Sanyo, Sato, T-Com, TDK, Teac, Tektronix, Toshiba, Wasp, Zyxel.
Vor- und Nachteile von Thermodruckern
Der Thermodruck hat den Vorteil, dass er ohne weitere Verbrauchsmaterialien wie beispielsweise Farbbänder auskommt. Da der Thermodrucker relativ einfach gebaut ist und nur wenige bewegliche Teile hat, ist seine Lebensdauer erheblich länger als die von Nadel- und Tintenstrahldruckern.
Durch das Aufheizen und Abkühlen der Heizelemente im Thermodruckkopf ist die Randschärfe in Druckrichtung, im Vergleich zur Querrichtung, deutlich reduziert. Vor allem Barcodes sollten deshalb immer so angeordnet werden, dass die Balken längs zur Druckrichtung ausgegeben werden. Thermo- und Thermotransferdrucker sind jedoch besonders auf den Druck von Barcodes vorbereitet. Die meisten Modelle können über eine eigene Druckersprache (zum Beispiel ZPL bei Zebra oder TPCL bei Toshiba TEC) angesprochen werden, wobei die Befehlssätze spezielle Kommandos zum Erstellen von Barcodes enthalten. Diese Art von Thermodruckern wird umgangssprachlich oft als Barcodedrucker bezeichnet.
Die Druckauflösung kann bei manchen Modellen von Thermodruckern äußerst unsymmetrisch sein. Das horizontale Auflösungsvermögen ist durch die Dichte der Heizelemente im Thermodruckkopf begrenzt, in Druckrichtung kann die Auflösung jedoch durch die Druckgeschwindigkeit und die Dynamik beim Aufheizen der einzelnen Elemente beeinflusst werden. So sind Auflösungen von 300×600dpi oder 200×120dpi möglich.
Der große Vorteil von Thermotransferdruckern ist auf jeden Fall die hohe Qualität und Brillanz der Ausdrucke, sowie die äußerst geringe Geräuschentwicklung beim Druckvorgang. Die Farbwiedergabe beim Thermotransferdruck ist ausreichend gut, die Ausdrucke sind jedoch empfindlich gegenüber Knicke und Kratzer. Außerdem können nur spezielle Papiere und Folien verwendet werden und die notwendigen Wachsfolien sind extrem teuer. Auch wenn einige Thermotransferdrucker in der unteren Preisklasse angeboten werden, sprechen die hohen Kosten für die Verbrauchsmaterialien gegen ihre allgemeine Verwendung. Eingesetzt werden sie vor allem von professionellen Grafikern, für die sie eine ernsthafte und vor allem preiswerte Alternative zum Thermosublimationsdruck sind.
Einen Überblick zu weiteren Drucktechniken finden Sie hier:
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