Un modelo de prototipo rápido suele ser una pieza de plástico o metal creada a partir de un dibujo por computadora, que permite al cliente revisar un producto en desarrollo. A partir de finales del siglo XX, se desarrolló un software informático que permitía a los diseñadores crear dibujos tridimensionales (3D). El desarrollo paralelo de equipos que pudieran crear estructuras físicas a partir de estos dibujos condujo al negocio del modelado rápido.
El diseño de una pieza con software 3D comienza con un dibujo conceptual de la pieza deseada. Un diseñador puede tomar este dibujo y crear un modelo 3D basado en software, que permite ver una pieza desde diferentes ángulos u orientaciones. Este software también puede desmontar virtualmente la pieza para mostrar al cliente cómo se puede realizar el montaje en una planta industrial. El diseño de software a menudo incluye la capacidad de «probar» la pieza en diferentes condiciones de tensión o impacto para estimar las fallas de la pieza o los defectos de diseño.
El rápido desarrollo de modelos de prototipos se hizo realidad con la introducción de las impresoras 3D. Varias tecnologías diferentes evolucionaron a fines del siglo XX, pero todas estaban vinculadas a los programas de diseño asistido por computadora (CAD) que creaban modelos de software. Todas las impresoras 3D utilizan una técnica de construcción de capas sucesivas de plásticos o metales en secuencia para crear una muestra física de la pieza.
Un tipo de impresora usaba un polvo fino dentro de un gabinete de impresora. El software de computadora convirtió el dibujo en miles de capas extremadamente finas, como cortar la imagen extremadamente delgada. La impresora roció un aglutinante químico sobre el polvo en la forma de la capa más baja. Luego se mezcló polvo sobre esta capa y la bandeja plana bajó una pequeña cantidad. Se añadió la siguiente capa de aglutinante y polvo, y así sucesivamente, hasta que se hizo una pieza 3D. Dependiendo de la complejidad de la pieza, es posible que la impresora deba funcionar durante días para completar una muestra.
Otro tipo de impresora de modelo de prototipo rápido utiliza un plástico fundible. Una boquilla colocó pequeños puntos del material derretido en la bandeja de la impresora en capas sucesivas para construir una pieza. Estas piezas a menudo se podían usar directamente desde la máquina, porque las capas de plástico formaban un prototipo de plástico sólido. Esta fue una mejora con respecto a algunas impresoras de polvo, que crearon piezas que se podían manipular, pero que podrían no ser lo suficientemente resistentes para las pruebas o el uso real.
Un proceso llamado sinterización de metales también podría crear un modelo de prototipo rápido. Un metal como el aluminio o el cobre con un punto de fusión relativamente bajo podría usarse en una impresora 3D de manera similar a un plástico derretido. La pieza de metal terminada a menudo no requería más procesamiento y podía usarse directamente desde la máquina para pruebas o desarrollo adicional.
Muchos productos del siglo XXI se diseñaron totalmente en software CAD, convirtiendo la imagen virtual en un modelo prototipo rápido, sin necesidad de realizar una muestra física. Esto se volvió común para la gran maquinaria industrial, aviones y vehículos grandes como barcos. Muchas piezas eran demasiado grandes para crear prototipos separados o hubieran retrasado el desarrollo del producto final.
Los ingenieros desarrollaron pruebas de software que podían simular condiciones de prueba reales, lo que eliminó la necesidad de pruebas de prototipos. El primer avión comercial fue diseñado de esta manera a finales del siglo XX. Un avión a reacción comercial se construyó completamente en una computadora, pasando de un diseño directamente a un avión con capacidad de vuelo sin prototipos intermedios.