Die additive Fertigung bzw. der 3D-Druck ist für das Militär zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, das Kosten- und Zeiteinsparungen, eine bessere Leistung der Lieferkette und eine höhere Einsatzbereitschaft ermöglicht.

Mit dem Versprechen, Kosten und Vorlaufzeiten zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung von Produkten und Lieferketten zu verbessern, nutzt das Militär seit einigen Jahren die additive Fertigung. Die häufigsten Anwendungen im militärischen Bereich sind Prototyping, Teilefertigung, Werkzeugbau und Reparatur.

Ob für die Herstellung oder die Reparatur von Ausrüstungsgegenständen, der 3D-Druck hat sich wiederholt als geeignetes Produktionsverfahren für die Streitkräfte erwiesen. Jetzt bietet die additive Technologie noch effizientere Möglichkeiten zur Herstellung von Ersatzteilen auf Abruf, wodurch sich die Fertigungszeiten und Lieferströme verbessern.

Bei Einsätzen im Ausland sind die Langlebigkeit der Ausrüstung bzw. ihre Autonomie im Allgemeinen Eigenschaften und Qualitäten, die von den Einsatzkräften für den Einsatz oder die Stationierung besonders geschätzt werden. In dieser Richtung werden mehrere Anstrengungen unternommen, wie z.B. die Verringerung der logistischen Ströme, die eine Quelle der Verwundbarkeit darstellen, um die Gefährdung der Männer zu begrenzen und gleichzeitig die Autonomie der Einsatzkräfte zu stärken.

Wie kann der 3D-Druck dazu beitragen, die Einsatzbereitschaft der Ausrüstung auf einem Niveau zu halten, das die Kontinuität der Operationen und der wesentlichen Missionen gewährleistet?

Für die operative Unterstützung der eingesetzten Einheiten ist die Armee auf zwei wichtige Fähigkeiten angewiesen: Reparaturkapazität und Ersatzteilversorgung. Für diese beiden Mittel ist der 3D-Druck von großem Interesse, da er einen Gewinn an Autonomie und vor allem an Reaktionsfähigkeit ermöglicht.

Der Einsatz der additiven Fertigung soll die Reparatur- und Lieferkapazitäten bis hinunter zu den taktischen Unterstützungsebenen verbessern und beschleunigen. Es gibt viele potenzielle Anwendungen, wie z. B. die Wiederherstellung der Einsatzfähigkeit eines Fahrzeugs durch die Herstellung neuer Ersatzteile oder die Verringerung der mit den Vorräten verbundenen Logistikströme, insbesondere während eines Einsatzes.

Es ist sogar möglich, einen eventuellen Mangel an Lagerbeständen oder einen hohen Verbrauch an Ersatzteilen auszugleichen, zum Beispiel im Falle eines intensiven militärischen Engagements. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass die additive Fertigung auch die Herstellung von Teilen ermöglicht, die aus verschiedenen Gründen nicht mehr hergestellt werden können: Verlust von technische Kontrolle, Veralterung, Auslaufen der Lieferungen oder Mangel an Rohstoffen usw. Neue, leichtere Teile mit komplexen Geometrien, die in 3D gedruckt werden, profitieren von sehr guten Festigkeits- und damit Haltbarkeitseigenschaften, da sie aus innovativen Materialien hergestellt werden. Die Geräte werden daher weniger schwer zu tragen sein und eine längere Lebensdauer haben. Die Herstellung von Teilen mit Gitterstruktur ermöglicht es beispielsweise, ein mechanisches System leichter zu machen und gleichzeitig seine Festigkeit zu erhalten oder sogar zu verbessern.

Kurz gesagt, der 3D-Metalldruck kann sowohl zur Reproduktion vorhandener Teile für die Reparatur von Geräten als auch zur Herstellung neuer, optimierter Teile verwendet werden, die einen zusätzlichen betrieblichen Nutzen bieten. Die additive Fertigung verbessert die Reaktionsfähigkeit der Lieferkette und verringert den Lagerbestand, das Veralterungsrisiko und die Gesamtkosten.

Möglichst betriebsnahe Produktion

Der ständige Bedarf des Militärs an Wartungs- und Reparaturteilen für schweres Gerät während der Einsätze führt zu sehr hohen Kosten. Die Möglichkeit, die benötigten Teile schnell und einsatznah zu drucken, ermöglicht erhebliche Einsparungen bei Zeit und Produktionskosten.

AddUp antwortet auf dieses immer wiederkehrende Bedürfnis der Verteidigungsindustrie: Ersatzteile und Werkzeuge direkt auf dem Schlachtfeld herzustellen.

Im Rahmen von Militäreinsätzen ermöglicht die additive Fertigung den Einsatz von Kleinserien großer Plattformen, die für die Streitkräfte leicht zugänglich sind. Diese „mobilen Labors“, die an Einsatzorten zugänglich sind, sind ideal für die schnelle Herstellung von Ersatzteilen oder die Anpassung von Ausrüstung für das nahe gelegene Schlachtfeld.

Lesen Sie über eine Fallstudie der französischen Marine, die AddUp’s FormUp 350 einsetzt.

Produzieren Sie überall…

AddUp ist der erste Metall-3D-Druckmaschinenhersteller, der transportable additive Fertigungseinheiten anbietet. Mit dem AddUp Flex Care System TM können Teile bei Bedarf in der Nähe Ihres Betriebs hergestellt werden.

Diese selbstversorgten Einheiten können in den entlegensten Gebieten und unter den rauesten Bedingungen arbeiten. Sie umfassen eine oder mehrere additive Fertigungsmaschinen sowie Nachbearbeitungsmaschinen, um fertige Teile für den sofortigen Einsatz bereitzustellen. Autarkie ist zweifellos ein taktischer Vorteil in militärische Operationen, da sie die logistischen Kosten und die Anfälligkeit für Angriffe der gegnerischen Seite verringern.

In Situationen nach Konflikten, bei der Katastrophenhilfe oder beim Wiederaufbau kann die additive Fertigung lokalen Gemeinschaften helfen, indem sie die Reparatur und Wartung strategischer Ausrüstung erleichtert.

Schlussfolgerung

Im Verteidigungssektor werden additive Fertigungstechnologien in vielfältiger Weise eingesetzt: verschiedene Verfahren, verschiedene Materialien, Produktionsmittel usw. Es gibt zahlreiche Anwendungen wie die Wartung von Fahrzeugen, die Reparatur von Teilen, die Herstellung neuer hochleistungsfähiger und optimierter Teile und die Integration neuer Funktionalitäten. Das Militär nutzt die additive Fertigung von der Forschung bis zur Einsatzphase mit der Entwicklung von Prototypen, Werkzeugen und Funktionsteilen.

KONTAKT US

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Lesen Sie, wie AddUp’s Walzenüberzieher und die feinere Pulverpartikelgrößenverteilung (PSD) feinere Eigenschaften und eine verbesserte Oberflächengüte bieten und den Bedarf an Stützen bei der Herstellung eines statischen Mischers eliminieren.

Written by: Nick Estock, Director of Applications and Business Development

Die additive Fertigung hat, wie jedes Herstellungsverfahren, ihre Stärken und Schwächen. Alle Verfahren haben in der Regel wertsteigernde Schritte und notwendige sekundäre Operationen, die eine Folge ihrer Unzulänglichkeiten sind. Stützstrukturen sind eines dieser notwendigen Übel von AM. Sie sind Teil des Prozesses, tragen aber nicht zur Wertschöpfung des fertigen Teils bei. Vielmehr mindern sie den Wert, da Stützstrukturen Material und Maschinenzeit verbrauchen und nach dem Druck wieder entfernt werden müssen. All dies verringert die Produktivität und kostet Sie letztendlich Geld. Schaffen wir sie also ab! (OK, vielleicht minimieren wir sie…)

AddUp, ein Gemeinschaftsunternehmen von Michelin und Fives, hat ein System entwickelt, das genau das ermöglicht. Michelin setzt AM bereits seit Anfang der 2000er Jahre ein, lange bevor ich überhaupt wusste, was ein 3D-Drucker ist (als ich in der High School war, gab es weder 3D-Drucker noch Smartphones). Michelin nutzte die Technologie zunächst, um den Entwicklungszyklus für seine Reifenformeinsätze, die sogenannten Sipes, zu verkürzen. Heute werden jährlich über eine Million dieser Lamellen für ihre Produktionsformen hergestellt. Entscheidende Merkmale dieser Lamellen sind: eine Auflösung von bis zu 0,2 mm, flache Überhänge von bis zu 15 Grad und eine Oberflächengüte von bis zu 4 Ra um, wie gedruckt.

Als Michelin dieses Joint Venture mit Fives einging, wie konnte man da ein so hohes Qualitätsniveau erreichen? Durch die Entwicklung des FormUp 350 als einzigem industrielle Pulverbettfusionsmaschine (Powder Bed Fusion, PBF) zur Verwendung eines Walzenbeschichters in Verbindung mit einer feineren Pulverpartikelgrößenverteilung (PSD). Typische PBF-Technologien verwenden eine PSD von 25-63 um. Der FormUp kann Pulver mit einer Partikelgröße von 5-25 um effektiv verwalten, verteilen und ausbringen. Durch die Verwendung von feineren Pulvern und einer Walze erreicht AddUp eine bessere Packungsdichte des Aufbaubetts von bis zu 70 %. Kombinieren Sie dies mit hochqualitativen offenen Parametern und Sie haben ein Rezept für die Herstellung feinerer Eigenschaften, bessere Oberflächen und ja, weniger Stützen, problemlos und sofort nach dem Auspacken! Was meine ich mit „sofort einsatzbereit“? Ich meine damit, dass es keine geheime Sauce gibt, dass keine speziellen Parameter in bestimmten Bereichen angewendet werden und dass der Prozess nicht verlangsamt wird. Entwerfen Sie es, wenden Sie Ihre Standardparameter an, laden Sie es auf die Maschine und los geht’s!

Schauen wir uns ein Beispiel an, einen statischen Mischer, den unser Anwendungsteam entwickelt hat, um diesen Punkt besser zu veranschaulichen.

Was ist ein Statikmischer?

Wikipedia definiert dies als:

„Ein statischer Mischer ist ein präzisionsgefertigtes Gerät zum kontinuierlichen Mischen von flüssigen Stoffen ohne bewegliche Komponenten.[1] Normalerweise sind die zu mischenden Flüssigkeiten flüssig, aber statische Mischer können auch zum Mischen von Gasströmen, zum Dispergieren von Gas in Flüssigkeit oder zum Mischen nicht mischbarer Flüssigkeiten verwendet werden.“

Mit anderen Worten, es handelt sich um ein Rohr, in das zwei oder mehr Flüssigkeiten am Einlass eingeleitet und durch eine Reihe von „statischen“ Elementen wie Platten oder Schaufeln geleitet werden, um d i e Flüssigkeiten am Ausgang zu homogenisieren. Warum ist dies eine großartige Additivanwendung? Weil man das Design für jede beliebige Anwendung optimieren und anpassen kann. Warum ist ein statischer Mischer ein schwer additiv herstellbares Teil? Weil die Mischelemente ein Problem darstellen, wenn sie nach herkömmlichen AM-Richtlinien gedruckt werden. Die Standard-Designrichtlinien für AM bedeuten, dass diese Elemente im 45- Grad-Winkel gedruckt werden müssen. Diese Einschränkung würde bedeuten, dass man entweder den Mischbereich des Mischers selbst verlängern und/oder viele weitere Elemente hinzufügen müsste, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Beide Optionen bedeuten, dass man die Vorteile der additiven Fertigung nicht mehr nutzen kann und ein ineffizientes, teures Teil übrig bleibt.

Der AddUp Static Mixer steigerte die Produktivität um 53%!

Was aber, wenn Sie diese Einschränkung nicht hätten?

Der hier gezeigte statische Mischer wurde ohne diese Einschränkungen gedruckt. Unsere Ingenieure entwarfen diesen Mischer mit bis zu 25 Grad flachen Elementen ohne Stützen und erreichten dennoch eine akzeptable Oberflächengüte. Und nicht nur das: Sie haben ihn in weniger als zwei Wochen entworfen und zum ersten Mal ein Ergebnis erzielt. Wie war das möglich? Die Walzen- und Feinpulverkonfiguration von AddUp in Verbindung mit robusten Parametern bieten neue Designfreiheiten für den AM-Prozess.

Wie in den Exponaten A und B gezeigt, kann das AddUp-System bei Verwendung eines Walzensystems in Verbindung mit feinerem Pulver eine Verringerung der Oberflächenrauhigkeit um etwa 10 Ra um für jeden gegebenen Aufwärts-/Abwärtswinkel im Vergleich zu PSDs mit mittlerem Pulver und einer Konfiguration mit Klingenüberzieher erreichen.

EXHIBIT A

EXHIBIT B

Vergessen Sie nicht, dass dies direkt nach dem Auspacken und problemlos möglich war! Es gibt keine speziellen Downskin-Parameter. Es ist keine fortgeschrittene Entwicklung erforderlich, die Monate und unzählige Stunden an Entwicklungs- und Maschinenzeit in Anspruch nehmen kann, um dies zu erreichen. Diese Ergebnisse können mit unseren standardmäßigen, hochproduktiven Volumen- und Konturparametern erzielt werden. Bei anderen Maschinenherstellern gehen verbesserte Oberflächengüten oder extreme Auskragungen oft mit einer Verlangsamung der Produktivität einher. Das liegt daran, dass sie weniger Laserleistung bei einer geringeren Geschwindigkeit verwenden, um solche Ergebnisse zu erzielen, was Ihre Produktivität verlangsamt. Dies führt auch zu zusätzlichen Variablen bei d e n mechanischen Eigenschaften Ihres Teils. Anstelle eines einzigen Parametersatzes, der über das gesamte Volumen I h r e s Bauteils hinweg bekannte mechanische Eigenschaften liefert, haben Sie Bereiche geschaffen, die potenziell unterschiedliche Verhaltensweisen aufweisen können. Das AddUp-System erreicht diese Ergebnisse dank einer besseren Packungsdichte unseres Pulverbettes und unserer Walze mit feiner Pulverkonfiguration.

Sie denken, das ist alles zu schön, um wahr zu sein? Testen Sie mich! Wir haben gerade die Renovierung unserer Anlage in Cincinnati abgeschlossen, die nicht nur als Hauptsitz in den USA dient, sondern auch als technisches Demonstrationszentrum. Vom Pulver bis zum Bauteil verfügt unsere Werkstatt über alle Möglichkeiten, um Benchmarks, Funktionsprototypen und sogar Produktionsteile herzustellen. Unser Team ist bereit, unsere Kunden zu unterstützen, die gerade erst in das AM einsteigen, bis hin zu einer schlüsselfertigen, industrialisierten Anwendung.

Nutzen Sie das untenstehende Formular, um uns von Ihrem Projekt zu erzählen und wir zeigen Ihnen den AddUp Unterschied! Wir freuen uns auf die Gelegenheit, Ihre Anwendungen zu „ent-supporten“!

Kontakt Us

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Die additive Fertigung von Metallen, insbesondere die Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) Technologie, bietet neue Möglichkeiten für den Formen- und Werkzeugbau. Sie ermöglicht die Herstellung von Formen mit komplexen Geometrien, ineinandergreifenden Teilen und konformen Kühlkanälen, was zu höherer Produktivität, kürzeren Kühlzeiten und besserer Teilequalität führt.

Die Hersteller im Formen- und Werkzeugbau setzen den 3D-Druck inzwischen in großem Umfang ein. Sie verwenden den 3D-Kunststoffdruck für die Herstellung von Prototypen für Spritzguss- oder Wachsausschmelzformen, den 3D-Sanddruck für die Herstellung von Einsätzen oder die Stapelung mehrerer Formschichten zur Herstellung von Etagenwerkzeugen. Die additive Fertigung von Metall hingegen entwickelt sich weniger schnell. Die Laser-Powder-Bed-Fusion-Technologie (L-PBF) bietet jedoch mehrere interessante Vorteile für diese Branchen.

Neue Anwendungen auf dem Gebiet des Spritzgießens

Die PBF-Technologie bietet mehrere Möglichkeiten zur Verbesserung des Spritzgießprozesses. Erstens ermöglicht die Fähigkeit des L-PBF-Verfahrens, Teile mit komplexen Geometrien herzustellen, neue Formen in Betracht zu ziehen. Die Wände der Form, die mit dem Kunststoffteil in Berührung kommen, können an Komplexität gewinnen, sind aber aus zwei Gründen begrenzt: die Notwendigkeit, die Oberflächen mit Bearbeitungs- und Polierwerkzeugen zu bearbeiten, um ihre Rauheit zu verringern, und die Notwendigkeit, Entformungswinkel einzuhalten, da die Formen die Entformung des Teils ermöglichen müssen.

Dennoch gibt es immer noch Möglichkeiten, die es zu erforschen gilt. Da die L-PBF-Technologie die Herstellung von ineinandergreifenden Teilen ermöglicht, können sich Formenbauer neue Arten von Bewegungen in ihren Formen vorstellen, indem sie „Schubladen“ (bewegliche Teile) in Bereichen platzieren, die mit herkömmlichen Techniken nicht erreichbar waren. Auch die Zuverlässigkeit kann verbessert werden. Elemente, die durch Schweißen oder Schrauben zusammengefügt werden, sind in der Regel die Schwachstellen von Formen, die in großen Serien verwendet werden, und der 3D-Metalldruck bietet die Möglichkeit, sie in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen und so ihre Lebensdauer zu verbessern.

Hersteller, die den Einsatz der additiven Fertigung von Metallen zur Herstellung von Spritzgussformen in Erwägung ziehen, sollten bedenken, dass die PBF-Technologie aus Kostengründen, aber auch wegen der Anhäufung von Wärmespannungen nicht gut für die Herstellung massiver Teile geeignet ist. Sie sollte daher nicht für die Herstellung kompletter Formen eingesetzt werden, s o n d e r n n u r in Bereichen, in denen sie von Interesse ist.

Diese Einschränkung, die als Hemmnis für den Einsatz dieser Technologie in Formen erscheinen könnte, bietet interessante Perspektiven. Der Entwurf von Formen, bei denen das massive Teil Standard ist und der Bereich nahe der Formwand gedruckt wird, hat Vorteile. Zum einen besteht die Möglichkeit, einen schnelleren Serienwechsel durchzuführen, da die Vorlaufzeiten für die Beschaffung der Formen im Allgemeinen mehrere Monate betragen. Zweitens besteht die Möglichkeit, die Stillstandszeiten zu verringern, da die Lagerung der gedruckten Teile weniger aufwendig ist als die Lagerung der kompletten Formen. Und schließlich ist es die Aussicht auf eine Kleinserienproduktion, die in der Vergangenheit nicht rentabel gewesen wäre. die Investition in eine komplette Form. Oder, auf lange Sicht, zur Herstellung kundenspezifischer Produkte überzugehen, eine Welt, die derzeit für Kunststoffspritzteile schwer zugänglich ist.

Produktivitäts- und Qualitätssteigerung

Bevor man darüber nachdenkt, den 3D-Metalldruck für die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen zu nutzen, kann es sinnvoll sein, ihn zur Verbesserung des Bestehenden einzusetzen. Eine der wichtigsten Anwendungen der L-PBF-Technologie in der Welt des Spritzgießens ist eine Technik namens „konforme Kühlung“. Sie besteht darin, die Abkühlzeit von Kunststoffteilen in Spritzgießwerkzeugen zu optimieren, indem Kanäle geschaffen werden, die der Form des zu kühlenden Teils folgen. Diese Kanäle werden so nah wie möglich an der Formwand platziert und ermöglichen es, die Abkühlzeiten zu verkürzen und damit die Produktionsraten zu erhöhen. In einem Spritzgusszyklus ist die Abkühlung des Materials im Allgemeinen die längste Phase. Durch die Verkürzung dieser Zeit können die größten Produktivitätsgewinne erzielt werden. Auch das Aussehen der gespritzten Teile kann verbessert werden, da durch die Platzierung von Kanälen in Bereichen, die normalerweise schwer zu kühlen sind, Schrumpfungen oder Bindenähte vermieden werden können, die durch eine nicht optimale Kühlung verursacht werden.

Spritzgussingenieure waren zwar schon immer in der Lage, komplexe Steuerkreise zu entwerfen, aber sie waren durch die Techniken des Formenbaus eingeschränkt. Lange Zeit waren die einzigen verfügbaren Techniken zur Herstellung von Rohren in einem Metallblock das Bohren, die maschinelle Bearbeitung und die Schichtung (die Form wird in separaten Schichten entworfen, von denen jede gefräst und gebohrt wird, so dass die Schichten miteinander verbunden werden, um drei-dimensionale Rohre). Mit den Techniken der additiven Fertigung durch Laserschmelzen auf dem Pulverbett h a b e n die Formenhersteller heute Zugang zu einer völligen Gestaltungsfreiheit für ihre Regulierungskanäle. Es ist anzumerken, dass die Oberflächenbeschaffenheit der durch Laserschmelzen auf dem Pulverbett hergestellten Teile besonders gut für d i e Schaffung von Kühlkanälen geeignet ist: glatt genug, um keine Turbulenzen in den Kanälen, aber rau genug, um die Austauschfläche im Vergleich zu gebohrten Kanälen zu vergrößern.

Ein weiterer Vorteil der konformen Kühlung besteht darin, dass das Gesamtvolumen des zu kühlenden Metalls reduziert wird, indem die Regelkanäle so nahe wie möglich am Formhohlraum platziert werden. Dadurch erreicht die Form schneller ihre Betriebstemperatur und verkürzt die Zeit vom Anfahren der Maschine bis zum ersten produzierten Gutteil, was zu Produktivitätssteigerungen und einer Minimierung der Anzahl fehlerhafter Teile führt.

Werkzeuge zur Produktionsunterstützung

Was auch immer die Gründe für das Interesse eines Herstellers am 3D-Druck sind, es ist immer so, dass die aus einem Projekt gewonnenen Erfahrungen zu weiteren Ideen führen, manchmal in anderen Abteilungen des Unternehmens. Wenn wir über die an die Kunden verkauften Produkte und die zu ihrer Herstellung benötigten Formen hinausgehen und das Produktionswerkzeug betrachten, können wir erhebliche Gewinne erzielen. In jeder Produktionswerkstatt gibt es eine Vielzahl von Aufgaben, die dank maßgeschneiderter Werkzeuge vereinfacht, verbessert oder gesichert werden können.

Von Vorrichtungen, die die Montage erleichtern, über leichte Handwerkzeuge mit Griffen, die an die Hand des jeweiligen Bedieners angepasst sind, bis hin zu kodierten Werkzeugen, die Fehler bei der Montage vermeiden… Die additive Fertigung bietet viele Möglichkeiten, die Produktionszeiten zu verkürzen, die Produktqualität zu verbessern oder das Risiko von Muskel-Skelett-Erkrankungen zu verringern.

Das Gleiche gilt für Hersteller, die Roboter einsetzen oder automatisierte Montagelinien betreiben: Wenn ein bewegliches Teil leichter gemacht werden kann, führt dies zu weniger Vibrationen, weniger Verschleiß, geringerem Energieverbrauch und kürzeren Produktionszeiten. Die additive Fertigung bietet Antworten auf diese Leichtbauanwendungen, indem sie Aussparungen in Volumina schafft, Leichtbaustrukturen (Gitterstrukturen) erzeugt oder die topologische Optimierung nutzt.

Um all diese „indirekten“ Anwendungen der additiven Fertigung zu entwickeln und sie für die Herstellung von „Werkzeugen“ im weitesten Sinne des Wortes zu nutzen, ist es eine gute Praxis, alle Bediener und Techniker zu ermutigen, die Kultur der additiven Fertigung im Unternehmen zu teilen, nicht nur in den Konstruktionsbüros, so dass alle Mitarbeiter in der Lage sind, Ideen zur Verbesserung des Produktionswerkzeugs vorzuschlagen.

Schlussfolgerung

Die Anwendungen der additiven Fertigung von Metallen im Bereich der Werkzeugherstellung dürften sich in den kommenden Jahren weiter entwickeln, zumal täglich Fortschritte bei der Produktivität, der Prozesssteuerung und der Entwicklung von Rezepten für Metalle erzielt werden, die traditionell von den Herstellern in diesem Sektor verwendet werden. Diese Anwendungen werden sehr vielfältig sein, da sie die Industrialisierungszeiten, die Qualität der Teile, die Produktionsraten, das Anlagevermögen und die für die Kunden erbrachten Dienstleistungen betreffen können.

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