Un modèle de prototype rapide est généralement une pièce en plastique ou en métal créée à partir d’un dessin informatique, qui permet à un client d’examiner un produit en cours de développement. À partir de la fin du XXe siècle, des logiciels ont été développés pour permettre aux concepteurs de créer des dessins en trois dimensions (3D). Le développement parallèle d’équipements capables de créer des structures physiques à partir de ces dessins a conduit à la modélisation rapide.
La conception d’une pièce à l’aide d’un logiciel 3D commence par un dessin conceptuel d’une pièce souhaitée. Un concepteur peut prendre ce dessin et créer un modèle 3D basé sur un logiciel, qui permet de visualiser une pièce sous différents angles ou orientations. Ce logiciel peut également démonter virtuellement la pièce pour montrer à un client comment l’assemblage peut se produire dans une usine industrielle. La conception logicielle inclut souvent la capacité de tester la pièce dans différentes conditions de contrainte ou d’impact pour estimer les défaillances de la pièce ou les défauts de conception.
Le développement rapide de prototypes est devenu une réalité avec l’introduction des imprimantes 3D. Plusieurs technologies différentes ont évolué à la fin du XXe siècle, mais toutes étaient liées aux programmes de conception assistée par ordinateur (CAO) qui créaient des modèles logiciels. Toutes les imprimantes 3D utilisent une technique de construction de couches successives de plastiques ou de métaux en séquence pour créer un échantillon physique de la pièce.
Un type d’imprimante utilisait une poudre fine à l’intérieur d’une armoire d’imprimante. Un logiciel informatique a transformé le dessin en milliers de couches extrêmement fines, comme une découpe extrêmement fine de l’image. L’imprimeur a pulvérisé un liant chimique sur la poudre sous la forme de la couche la plus basse. La poudre a ensuite été mélangée sur cette couche et le plateau plat a abaissé une petite quantité. La couche suivante de liant et de poudre a été ajoutée, et ainsi de suite, jusqu’à ce qu’une pièce en 3D soit réalisée. Selon la complexité de la pièce, l’imprimante peut avoir besoin de fonctionner pendant des jours pour terminer un échantillon.
Un autre type d’imprimante de modèle de prototype rapide utilisait un plastique fusible. Une buse a placé de minuscules points du matériau fondu sur le plateau de l’imprimante en couches successives pour constituer une pièce. Ces pièces étaient souvent utilisables directement à partir de la machine, car les couches de plastique formaient un prototype en plastique solide. Il s’agissait d’une amélioration par rapport à certaines imprimantes à poudre, qui créaient des pièces qui pouvaient être manipulées, mais qui pouvaient ne pas être assez solides pour les tests ou une utilisation réelle.
Un processus appelé frittage de métal pourrait également créer un modèle prototype rapide. Un métal tel que l’aluminium ou le cuivre avec un point de fusion relativement bas pourrait être utilisé dans une imprimante 3D de la même manière qu’un plastique fondu. La pièce métallique finie ne nécessitait souvent aucun traitement supplémentaire et pouvait être utilisée directement à partir de la machine pour des tests ou un développement ultérieur.
De nombreux produits du 21ème siècle ont été entièrement conçus dans un logiciel de CAO, faisant de l’image virtuelle un modèle prototype rapide, sans qu’il soit nécessaire de réaliser un échantillon physique. Cela est devenu courant pour les grosses machines industrielles, les avions et les gros véhicules tels que les navires. De nombreuses pièces étaient trop grandes pour créer des prototypes séparés, ou auraient retardé le développement du produit final.
Les ingénieurs ont développé des tests de logiciels capables de simuler des conditions de test réelles, ce qui a éliminé le besoin de tests de prototypes. Le premier avion commercial a été conçu de cette façon à la fin du 20e siècle. Un avion à réaction commercial a été entièrement construit sur ordinateur, passant directement d’une conception à un avion capable de voler sans prototypes intermédiaires.