步骤一：材料和工具
本项目须要一个3D打印机，一个arduino掌握板，一些基本的电子制作工具，例如万用表、示波器、电源和一些电子元器件。以下是我利用的材料和工具的完全清单。
工具：
Makerbot Replicator2 3D打印机
CAD软件—Google SketchUP—MakerWare
绕线机
万用表
示波器
机器部分：
PLA塑料
约100m 26AWG漆包线用于绕制线圈
8个N48圆形钕磁体，尺寸为1/2乘1/8英寸
电子配件：
Arduino Uno 面包板及连线
小鳄鱼嘴夹子
12V电池供电-8AA电池串联
元器件：
L6234 3相电机驱动IC
3个SS411A霍尔场效应传感器
电阻
3X 120kOhm
6X ~400Ohm
1Ohm
100 kOhm Potentiometer
电容
100uF
330nF
100nF
10nF
2X 二极管
表格一列出了制作本项目的花费。诸如电阻电容等与总花费比较十分便宜的电子元器件没有计入总花费中。不包括Arduino掌握板和电池的总花费在$27.71美元。须要解释的是缩减项目花费没有被列为很高的优先级，以是经由优化组合后可以进一步降落本项目的本钱。
步骤二：电机设计
无刷直流电机的设计是建立在以下原则根本之上的，电机该当易于由已经可用的部件组装而成，并且该当达到和许多商用直流电机相似的性能，例如驱动小型电风扇。
电机被设计成3相4极无刷直流电机，它利用4对N52钕磁体作为转子磁极，定子采取3组线圈绕线而成。选择利用无刷直流电机的缘故原由是其高效率、机器构造部件较少和较小的摩擦力。选择N52永磁体的缘故原由是其磁力、价格和易用性。无刷直流电机的掌握将在‘无刷直流电机掌握’部分进一步谈论。表格2对无刷和有刷直流电机进行了比较。
定子磁极线圈由8~12V电压驱动并由电子换相电路掌握。3个霍尔效应传感器供应了转子的位置信息用于电子换相电路的切换。 以下方程用于估算电机的性能和进行最初的电机设计。
两个磁极之间力的大小与磁极之间间隔的关系可由以下公式近似得到：F=BmAmBsAs/4g2
个中B代表磁体表面的磁场密度，A代表磁体的面积，g代表两个磁体的间隔。Bs代表定子线圈产生的磁场强度，Bs=NILI代表电流，N代表线圈的匝数，L代表线圈的长度。电机中最大转矩约即是t=2Frr代表电机半径，这里r=25mm。
在电机几何形状确定的情形下，结合以上列出的公式可以得到由输入电流到输出转矩的一个线性表达式：f =2rBmAmAsN4g2lI
参考其他可用电机和本项目性能的需求，本电机设计的转矩常数选为40m-Nm/A。
步骤三：直流无刷电机的掌握
直流无刷电机的掌握须要一个电子掌握电路。为了驱动直流无刷电机运动，定子线圈必须根据转子的位置按设定好的序列依次通电。转子位置通过嵌入在定子的霍尔效应传感器得到。图3展示了无刷直流电机掌握序列的掌握框图。
嵌入在定子并与定子线圈在一条线上的霍尔传感器，供应了与靠近霍尔传感器的转子磁极是北极或南极同等的数字输出旗子暗记。根据这一数字输出旗子暗记，微掌握器可以切换电机驱动电路的序列，依次给相应的定子线圈通电。每一次驱动序列的切换都有一相线圈通正电压，一相线圈通负电压，一相线圈不通电。驱动序列的切换分为六拍，由霍尔传感器的输出决定哪一相绕组须要通电。表格3给出了电机顺时针旋转驱动序列切换的例子。
步骤四：机器设计
终极的机器设计包含4个分组件；底部端盖，转子，顶部端盖，定子线圈骨架，如图4所示。
图4中，(a)底部端盖；(b)转子；(c)定子线圈骨架；(d)安装后的电机;(e)顶部安装。所有展示的部分的方向都与其打印的方向相同。图4(b)中的底部端盖包含8个永磁体，4个用于驱动电机其余4个用于给霍尔传感器供应位置信息。如图4(d)所示转子通过滑动轴承安入底部端盖。 如图4(e)所示的顶部端盖包裹住转子并与底部端盖吻合一起包裹住全体电机。顶部端盖包含3个霍尔传感器和3个三角形切口用于接入定子线圈。 图4(c)所示定子包含三角形的切口使得定子线圈在一个水平线上，并且和转子磁极垂直。
步骤五：打印
之前描述的所有部件都由Makerbot Replicator 2打印。所有部分可以被一次打印出来，并且打印参数在很大范围内变革时仍能得到满意的效果。终极打印的产品利用20%浓度的PLA塑料并且每层厚度在0.2mm。
通过试验和偏差改动，底部和顶部端盖在每面增加0.25mm后能偶很好的组装起来，转子与其他各面间隙0.4mm空间后可以自由迁徙改变。 通过精确设计机器构造内部空间，磁极和霍尔传感器可以被安装在得当的地方，在打印到安装空间底部是可以停息打印，然后将磁极和霍尔传感器安装进去后再连续打印。得当的停息高度在表格4中给出。
3D打印的部件可以被拿出3D打印机，去除掉多余的塑料后就能够被安装在一起。被打印的部件该当轻而易举的被组装在一起。 线圈螺线管须要后加工处理，每一个螺线管须要缠绕400圈26AWG的漆包线。可以通过绕线机来完成这一事情。确保每个螺线管漆包线的缠绕方向同等，这样才能产生同一方向的磁极。螺线管线圈缠好后就可以安装在顶部端盖内了。可以通过强力胶来加强粘结力。
步骤六：电路
电子元器件按照上图连在一起。与L6234电机驱动芯片相连的VCC的电压范围可为7V~42V之间的任意值，但是我建议这一电压小于12V。
步骤七：掌握软件
通过Arduino来掌握的驱动序列切换程序可以在以下地址得到。
步骤八：进一步的事情
下一阶段的事情可以分为4个紧张部分；机器构造优化，效率提升，掌握性能的提升和实际运用。下一步事情的根本是测试相对付电机电流的转矩-速率特性和效率特性测试。 掌握性能的提升最好通过硬件的方法而不是通过软件，这样能够极大的减少往后运用的本钱和电机的尺寸。以下链接中先容了个中的一个大略运用。
电机机器构造的设计中包含了很多可以优化的部分。螺线管可以被优化设计使之更随意马虎装入电机内部。电机能够显著的减小设计尺寸。位置磁极能够减小尺寸来降落转子的韶光常数。通过打印一系列不同尺寸的电机，可以辅导电机的参数化设计。 电机的效率可以通过考验在一定输入电压范围内转矩-速率特性来优化。 如果一个完备优化的3D打印电机能够利用参数化设计，并且打印出不同的尺寸和等级的产品，那么这将拥有广阔的运用前景。
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