Ein Rapid-Prototyp-Modell ist typischerweise ein aus einer Computerzeichnung erstelltes Kunststoff- oder Metallteil, das es einem Kunden ermöglicht, ein in Entwicklung befindliches Produkt zu überprüfen. Beginnend im späten 3. Jahrhundert wurde Computersoftware entwickelt, die es Designern ermöglichte, dreidimensionale (XNUMXD) Zeichnungen zu erstellen. Die parallele Entwicklung von Geräten, die aus diesen Zeichnungen physische Strukturen erstellen konnten, führte zum Geschäft der schnellen Modellierung.
Die Konstruktion eines Teils mit 3D-Software beginnt mit einer konzeptionellen Zeichnung eines gewünschten Teils. Ein Konstrukteur kann diese Zeichnung verwenden und ein softwarebasiertes 3D-Modell erstellen, das es ermöglicht, ein Teil aus verschiedenen Blickwinkeln oder Ausrichtungen zu betrachten. Diese Software kann das Teil auch virtuell demontieren, um einem Kunden zu zeigen, wie die Montage in einer Industrieanlage erfolgen kann. Die Softwarekonstruktion beinhaltet oft die Möglichkeit, das Teil unter verschiedenen Belastungs- oder Stoßbedingungen zu „testen“, um Teileausfälle oder Konstruktionsfehler abzuschätzen.
Die schnelle Entwicklung von Prototypmodellen wurde mit der Einführung von 3D-Druckern Realität. Im späten 3. Jahrhundert entwickelten sich mehrere verschiedene Technologien, die jedoch alle mit den Computer-Aided-Design-Programmen (CAD) verbunden waren, die Softwaremodelle erstellten. Alle XNUMXD-Drucker verwenden eine Technik, bei der aufeinanderfolgende Schichten aus Kunststoff oder Metall nacheinander aufgebaut werden, um eine physische Probe des Teils zu erstellen.
Ein Druckertyp verwendete ein feines Pulver in einem Druckerschrank. Computersoftware verwandelte die Zeichnung in Tausende von extrem feinen Schichten, als würde man das Bild extrem dünn schneiden. Der Drucker sprühte ein chemisches Bindemittel über das Pulver in Form der untersten Schicht. Auf diese Schicht wurde dann Pulver gemischt, und die flache Schale wurde um eine winzige Menge abgesenkt. Die nächste Schicht aus Bindemittel und Pulver wurde hinzugefügt und so weiter, bis ein 3D-Teil entstand. Je nach Komplexität des Teils muss der Drucker möglicherweise tagelang laufen, um eine Probe fertigzustellen.
Ein anderer Typ eines Rapid-Prototyp-Modelldruckers verwendete einen schmelzbaren Kunststoff. Eine Düse platzierte winzige Punkte des geschmolzenen Materials in aufeinanderfolgenden Schichten auf das Druckerfach, um ein Teil aufzubauen. Diese Teile waren oft direkt von der Maschine aus verwendbar, da die Kunststoffschichten einen massiven Kunststoff-Prototyp bildeten. Dies war eine Verbesserung gegenüber einigen Pulverdruckern, die Teile erzeugten, die gehandhabt werden konnten, aber möglicherweise nicht stark genug für Tests oder den tatsächlichen Gebrauch waren.
Ein Prozess namens Metallsintern könnte auch ein schnelles Prototypmodell erstellen. Ein Metall wie Aluminium oder Kupfer mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt könnte in einem 3D-Drucker ähnlich wie ein geschmolzener Kunststoff verwendet werden. Das fertige Metallteil bedurfte oft keiner weiteren Bearbeitung und konnte direkt aus der Maschine zum Testen oder zur Weiterentwicklung verwendet werden.
Viele Produkte des 21. Jahrhunderts wurden vollständig in CAD-Software entworfen, wodurch das virtuelle Bild zu einem schnellen Prototypenmodell wurde, ohne dass ein physisches Muster hergestellt werden musste. Dies wurde bei großen Industriemaschinen, Flugzeugen und großen Fahrzeugen wie Schiffen üblich. Viele Teile waren zu groß, um separate Prototypen zu erstellen, oder hätten die Endproduktentwicklung verzögert.
Die Ingenieure entwickelten Softwaretests, die reale Testbedingungen simulieren konnten, wodurch Prototypentests überflüssig wurden. Ende des 20. Jahrhunderts wurden die ersten Verkehrsflugzeuge auf diese Weise konstruiert. Ein kommerzielles Düsenflugzeug wurde vollständig in einem Computer gebaut und ging von einem Design direkt zu einem flugfähigen Flugzeug ohne Zwischenprototypen.