Um modelo de protótipo rápido é normalmente uma peça de plástico ou metal criada a partir de um desenho de computador, que permite ao cliente revisar um produto em desenvolvimento. A partir do final do século XX, foi desenvolvido um software de computador que permitia aos designers criar desenhos tridimensionais (3D). O desenvolvimento paralelo de equipamentos que poderiam criar estruturas físicas a partir desses desenhos levou ao negócio de modelagem rápida.
O projeto de uma peça usando software 3D começa com um desenho conceitual da peça desejada. Um designer pode pegar esse desenho e criar um modelo 3D baseado em software, que permite que uma peça seja vista de diferentes ângulos ou orientações. Este software também pode desmontar virtualmente a peça para mostrar ao cliente como a montagem pode ocorrer em uma planta industrial. O projeto do software frequentemente inclui a capacidade de “testar” a peça sob diferentes condições de estresse ou impacto para estimar as falhas da peça ou falhas de projeto.
O desenvolvimento rápido do modelo de protótipo se tornou uma realidade com a introdução das impressoras 3D. Várias tecnologias diferentes evoluíram no final do século XX, mas todas estavam vinculadas aos programas de design auxiliado por computador (CAD) que criavam modelos de software. Todas as impressoras 3D usam uma técnica de construção de camadas sucessivas de plásticos ou metais em sequência para criar uma amostra física da peça.
Um tipo de impressora usava um pó fino dentro de um gabinete de impressora. O software de computador transformou o desenho em milhares de camadas extremamente finas, como cortar a imagem extremamente fina. A impressora borrifou um aglutinante químico sobre o pó na forma da camada mais baixa. O pó foi então misturado a essa camada e a bandeja plana baixou um pouco. A próxima camada de aglutinante e pó foi adicionada, e assim por diante, até que uma peça 3D fosse feita. Dependendo da complexidade da peça, a impressora pode precisar funcionar por dias para concluir uma amostra.
Outro tipo de impressora de modelo de protótipo rápido usava um plástico derretível. Um bico colocou minúsculos pontos do material derretido na bandeja da impressora em camadas sucessivas para formar uma peça. Essas peças costumavam ser usadas diretamente da máquina, porque as camadas de plástico formavam um protótipo de plástico sólido. Isso foi uma melhoria em relação a algumas impressoras de pó, que criavam peças que podiam ser manuseadas, mas não eram fortes o suficiente para testes ou uso real.
Um processo chamado sinterização de metal também pode criar um modelo de protótipo rápido. Um metal como o alumínio ou cobre com um ponto de fusão relativamente baixo pode ser usado em uma impressora 3D de maneira semelhante a um plástico derretido. A peça de metal acabada frequentemente não exigia processamento adicional e podia ser usada diretamente da máquina para testes ou desenvolvimento.
Muitos produtos no século 21 foram totalmente projetados em softwares CAD, tornando a imagem virtual um modelo de protótipo rápido, sem a necessidade de confecção de uma amostra física. Isso se tornou comum para grandes máquinas industriais, aeronaves e veículos de grande porte, como navios. Muitas peças eram grandes demais para criar protótipos separados ou teriam atrasado o desenvolvimento do produto final.
Os engenheiros desenvolveram testes de software que podiam simular condições reais de teste, o que eliminou a necessidade de testes de protótipo. A primeira aeronave comercial foi projetada dessa forma no final do século XX. Uma aeronave a jato comercial foi construída inteiramente em um computador, indo de um projeto direto para uma aeronave capaz de voar sem protótipos intermediários.