Un modello di prototipo rapido è in genere una parte in plastica o metallo creata da un disegno al computer, che consente a un cliente di rivedere un prodotto in fase di sviluppo. A partire dalla fine del ventesimo secolo, è stato sviluppato un software per computer che ha permesso ai designer di creare disegni tridimensionali (3D). Lo sviluppo parallelo di apparecchiature in grado di creare strutture fisiche da questi disegni ha portato all’attività di modellazione rapida.
La progettazione di una parte utilizzando il software 3D inizia con un disegno concettuale della parte desiderata. Un designer può prendere questo disegno e creare un modello 3D basato su software, che consente di visualizzare una parte da diverse angolazioni o orientamenti. Questo software può anche smontare virtualmente la parte per mostrare a un cliente come può avvenire l’assemblaggio in un impianto industriale. La progettazione del software spesso include la capacità di “testare” la parte in diverse condizioni di stress o impatto per stimare guasti o difetti di progettazione.
Lo sviluppo rapido del modello prototipo è diventato una realtà con l’introduzione delle stampanti 3D. Diverse tecnologie si sono evolute alla fine del ventesimo secolo, ma tutte erano collegate ai programmi di progettazione assistita da computer (CAD) che creavano modelli software. Tutte le stampanti 3D utilizzano una tecnica di costruzione di strati successivi di plastica o metalli in sequenza per creare un campione fisico della parte.
Un tipo di stampante utilizzava una polvere fine all’interno di un armadietto della stampante. Il software per computer ha trasformato il disegno in migliaia di strati estremamente sottili, come tagliare l’immagine in modo estremamente sottile. La stampante ha spruzzato un legante chimico sulla polvere nella forma dello strato più basso. La polvere è stata quindi miscelata su questo strato e il vassoio piatto ha abbassato una piccola quantità. È stato aggiunto lo strato successivo di legante e polvere, e così via, fino a realizzare una parte 3D. A seconda della complessità della parte, la stampante potrebbe dover funzionare per giorni per completare un campione.
Un altro tipo di stampante per modelli di prototipi rapidi utilizzava una plastica fondente. Un ugello ha posizionato piccoli punti del materiale fuso sul vassoio della stampante in strati successivi per creare una parte. Queste parti erano spesso utilizzabili direttamente dalla macchina, perché gli strati di plastica formavano un prototipo di plastica solida. Questo era un miglioramento rispetto ad alcune stampanti a polvere, che creavano parti che potevano essere maneggiate, ma potrebbero non essere abbastanza forti per i test o l’uso effettivo.
Un processo chiamato sinterizzazione del metallo potrebbe anche creare un modello prototipo rapido. Un metallo come l’alluminio o il rame con un punto di fusione relativamente basso potrebbe essere utilizzato in una stampante 3D in modo simile a una plastica fusa. La parte metallica finita spesso non richiedeva ulteriori lavorazioni e poteva essere utilizzata direttamente dalla macchina per test o ulteriori sviluppi.
Molti prodotti nel 21° secolo sono stati progettati totalmente in software CAD, rendendo l’immagine virtuale un modello di prototipo rapido, senza la necessità di realizzare un campione fisico. Questo è diventato comune per grandi macchinari industriali, aerei e veicoli di grandi dimensioni come le navi. Molte parti erano troppo grandi per creare prototipi separati o avrebbero ritardato lo sviluppo del prodotto finale.
Gli ingegneri hanno sviluppato test software in grado di simulare condizioni di test reali, eliminando la necessità di test sui prototipi. Il primo aereo commerciale è stato progettato in questo modo alla fine del XX secolo. Un aereo a reazione commerciale è stato costruito interamente in un computer, passando da un progetto direttamente a un aereo in grado di volare senza prototipi intermedi.