Individueller 3D-gedruckter Schrittmotor: Bauen Sie Ihren eigenen Präzisionsantrieb

Komponenten und Zubehör

Arduino UNO	×	1
Neodym-Magnete 1/4″ (6 mm)	×	6
8d Nägel 2-3/8″ (ca. 60 mm)	×	8
Transistoren (PNP oder MOSFET, strombelastbar)	×	4
608ZZ Kugellager	×	1

Über dieses Projekt

Ich stieß kürzlich auf eine Anleitung für einen 3D-gedruckten DC-Motor und dachte: Ich kann noch einen Schritt weitergehen – buchstäblich! Ich entwarf diesen Schrittmotor mit acht Elektromagneten, sechs Neodym-Magneten, einem 3D-gedruckten Rotor und Stator-Gehäuse. Es handelt sich um einen Permanentmagnet-Schrittmotor mit 15° Vollschritten und 7,5° Halbschritten. Es gibt viele Schrittmotor-Typen, aber die meisten funktionieren ähnlich. Dieses Modell dient als Lehrmodell zur Demonstration der Funktionsweise. Ausgelegt für 5–12 V DC, kompatibel mit gängigen USB-Netzteilen.

Ich veranstalte auch ein Giveaway auf meinem YouTube-Kanal: Arduino, Transistoren, Schalter und Jumper-Kabel zu gewinnen. Details im letzten Schritt.

Schritt 1: Benötigte Materialien

1. Sechs 1/4″ Neodym-Magnete
2. 608ZZ Kugellager
3. Acht 8d Nägel (2-3/8″) – genaue Maße nicht kritisch, müssen nur passen
4. Magnetdraht (Lackdraht) – ich nutzte 0,315 mm, aber nicht kritisch
5. Arduino Uno
6. Vier Transistoren – ich verwendete PNP-Typen, aber beliebige Transistoren/MOSFETs möglich, sofern sie den Strom bewältigen. Datenblatt beachten! Bei 5 V zieht der Motor ca. 1 A, bei 12 V ca. 3 A.
7. 3D-gedruckter Rotor und Stator
8. Kleber
9. Isolierband
10. Kompass (zur Polbestimmung)

Schritt 2: Dodekagon-Rotor und Oktagon-Stator drucken

Druckdateien verfügbar (3D Hubs Link im Original).

Schritt 3: Magnete in Rotor einsetzen

Mit Kompass die Pole der Magnete bestimmen und mit Nordpol nach außen einkleben. Manche Smartphone-Kompass-Apps zeigen die Polarität an.

Schritt 4: Lager & Rotor montieren

Lager in Stator pressen, dann Rotor in Lager drücken. Überraschend guter Presssitz – beim 3D-Druck schrumpfen Bohrungen oft, daher leicht übermaßig designen.

Schritt 5: Elektromagnete wickeln

9 Drähte à 25 ft (ca. 7,6 m) zuschneiden und mit Bohrmaschine auf die Nägel wickeln. Mit Kompass und Batterie Polung prüfen: Südpol soll zum Nagelkopf zeigen. Minuspol der Spule markieren (Marker oder Schrumpfschlauch). Spulen dort mit Isolierband umwickeln, wo sie den Stator berühren – fixiert sie und isoliert thermisch. Spulenpaare ziehen bei 5 V ca. 1 A, bei 12 V ca. 3 A. Transistoren müssen das abkönnen. Bei höherer Spannung werden Spulen warm.

Warnung: Auslegung für 5–12 V DC. Bei Abweichung Ohmsches Gesetz beachten: U = I × R. Weniger Windungen = geringerer Widerstand = höherer Strom. Zu geringer Widerstand kann Netzteil/Transistoren zerstören!

Schritt 6: Elektromagnete in Stator einsetzen

Elektromagnete in Stator schieben, bis ca. 6 mm (1/4″) Abstand zu den Neodym-Magneten besteht. Nägel magnetisieren sich mit der Zeit – Motor funktioniert dann noch, aber weniger effizient. Schweißelektroden statt Nägel sind eine gute Alternative.

Schritt 7: Alles verlöten

Spulenpaare in Reihe schalten, sodass alle Südpole der Elektromagnete nach innen zeigen. Der 1 kΩ Widerstand im Schaltplan verhindert „Floating“ des Digitalpins im Aus-Zustand. Wieder: Transistoren müssen Spulenstrom bewältigen!

Arduino-Code hochladen – fertig!

Schritt 8: Pay It Forward! (Giveaway)

Verlosung: Arduino, Transistoren, Schalter, Jumper-Kabel.

Teilnahmebedingungen: YouTube-Kanal abonnieren, Video liken, Kommentar hinterlassen, was ich als Nächstes bauen soll. Am 1. September zufälligen Gewinner ziehen und kostenlos versenden. Danke für die tolle Community!

Code

Printed_Stepper_Motor.ino (Plain Text)

/* 01010000011100100110111101110100011011110010000001000111 
   3D Printed Stepper Motor
   Created August 15, 2015
   Modified August 15, 2015 by Anthony Garofalo (Proto G)
   YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCpTuKJrXFwybnpOG7HpTpZw
   Instructables: https://www.instructables.com/member/Proto+G/ 
*/

int Delay;
int reverseSwitch;

void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(10, OUTPUT);
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(13, OUTPUT); // LED für Visualisierung
  pinMode(6, INPUT);   // Umschalter für Richtungswechsel an Pin 6
}

void loop() {
  reverseSwitch = digitalRead(6);
  
  if (reverseSwitch == HIGH) {
    // Gegen den Uhrzeigersinn
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); delay(Delay);
    digitalWrite(12, LOW);  digitalWrite(13, LOW);  delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(11, HIGH); delay(Delay); digitalWrite(11, LOW); delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); delay(Delay);
    digitalWrite(10, LOW);  digitalWrite(13, LOW);  delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(9, HIGH); delay(Delay); digitalWrite(9, LOW); delay(5);
  } else {
    // Im Uhrzeigersinn
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(9, HIGH);  digitalWrite(13, HIGH); delay(Delay);
    digitalWrite(9, LOW);   digitalWrite(13, LOW);  delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(10, HIGH); delay(Delay); digitalWrite(10, LOW); delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(11, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); delay(Delay);
    digitalWrite(11, LOW);  digitalWrite(13, LOW);  delay(5);
    
    Delay = analogRead(0);
    Delay = map(Delay, 0, 1023, 60, 2000);
    digitalWrite(12, HIGH); delay(Delay); digitalWrite(12, LOW); delay(5);
  }
}

3D-Druckdateien

Benutzerdefinierte Teile und Gehäuse: [Download im Originalprojekt]

Schaltplan