A2.2 — Técnicas de creación de prototipos

El alumnado debe ser capaz de: explicar las ventajas y desventajas de utilizar prototipos de baja y alta fidelidad en un proceso de diseño.

La fidelidad mide cuánto se parece un prototipo al producto final en tres cosas: aspecto, funcionamiento y nivel de detalle. No es una escala de calidad: un prototipo de baja fidelidad no es malo, es el adecuado para una etapa temprana. Va ligada al diseño iterativo: en las primeras vueltas necesitas muchas alternativas baratas; en las últimas, pocas versiones muy realistas.

Prototipos de baja fidelidad

Son expresiones rudimentarias de las soluciones conceptuales al encargo de diseño. Exploran la idea de base y sirven para conseguir comentarios preliminares de usuarios o clientes, centrándose en la funcionalidad esencial y la forma básica. En esta fase todavía no se consideran los materiales, los procesos de fabricación ni la interactividad compleja.

Prototipos de alta fidelidad

Se fabrican para parecerse y sentirse lo más cerca posible del producto acabado: incorporan todos los detalles estéticos, la funcionalidad y la interactividad del modelo de producción. Se emplean en las etapas tardías del desarrollo y a menudo se convierten en la plantilla que los ingenieros deconstruyen para preparar la producción.

La fidelidad sube a medida que baja el número de alternativas abiertas. Cada flecha debería estar justificada por comentarios de usuarios.

El alumnado debe ser capaz de: demostrar las ventajas y desventajas de las técnicas de dibujo informales (analógicas o digitales) y formales (analógicas o digitales) en las etapas adecuadas del proceso de diseño, así como de explorar, perfeccionar y comunicar ideas mediante técnicas como el bosquejo a mano alzada, los bocetos iterativos y las perspectivas isométricas y ortográficas.

El dibujo cumple tres funciones y el IB las nombra en este orden: explorar (generar alternativas), perfeccionar (afinar una idea) y comunicar (transmitirla). Cada función pide una técnica distinta: un dibujo de ingeniería no sirve para explorar, y un boceto a mano alzada no sirve para fabricar. El eje que organiza el punto es informal frente a formal: las informales son rápidas y libres, las formales precisas y normalizadas. Ambas pueden ser analógicas (lápiz y papel) o digitales (tableta gráfica, CAD).

Técnicas informales

Es la herramienta más flexible del diseñador, en el estudio o sobre el terreno: solo hacen falta papel y lápiz. En las primeras etapas permite anotar rápidamente ideas que pueden influir en el diseño final. Su rapidez es su valor: cuesta tan poco hacer un boceto que no duele descartarlo.

Los bocetos 3D dan sensación de forma, proporción y estética; los 2D permiten aislar y detallar características estructurales. Después habrá que traducirlos a una representación más formal y precisa. Como toque final de realismo, los bocetos pueden renderizarse para mejorar la percepción de profundidad y añadirles texturas que indiquen materiales distintos.

Bosquejo informal: analógico frente a digital

El objetivo 2.2.2 exige comparar ventajas y desventajas tanto en técnicas analógicas como digitales, así que hay que dominar ambas mitades, no solo el lápiz y el papel. El bosquejo digital informal se hace con una tableta gráfica o pantalla táctil (p. ej. un iPad con Apple Pencil) y software de dibujo vectorial o raster.

(Elaboración propia: la guía y el glosario no detallan herramientas concretas, pero el objetivo 2.2.2 exige poder argumentar esta comparación.)

Proyección ortográfica

Usa líneas de visión siempre perpendiculares al plano de proyección para producir una imagen proyectada; de ahí el nombre. Las variedades reciben nombre según la posición del objeto y del observador respecto al plano de proyección, y se identifican por el cuadrante que encierran. En el tercer diedro los planos frontal y horizontal son perpendiculares y, tomando su línea de intersección como bisagra, la vista superior se abate directamente encima de la frontal; en el papel suele dibujarse la línea de plegado con las anotaciones HP (plano horizontal) arriba y VP (plano vertical) abajo.

En diseño de producto, «dibujo ortogonal» suele referirse a dibujos de líneas precisos que comunican detalles dimensionales o de ensamblaje, trazados a mano con instrumentos de delineación o, hoy mucho más habitualmente, con software CAD.

Dibujos de ensamblaje y de ingeniería

Dibujo isométrico y vista explosionada

El isométrico es un estilo pictórico 3D en el que el objeto se ve desde una esquina. Su nombre viene del griego «igual medida», porque usa medidas reales tomadas del objeto o de los dibujos ortogonales: no hay reducción por distancia. Las líneas paralelas a 30° respecto a la horizontal (los 60° respecto a la vertical del glosario) garantizan que los objetos cercanos y lejanos reciban el mismo énfasis. Se usa en presentaciones de producto, dibujos técnicos, manuales de taller, ilustraciones de patentes y componentes de máquinas, sobre todo cuando las piezas requieren ensamblaje; el libro reproduce un render arquitectónico de planeamiento dibujado en isométrico.

Un ensamblaje explosionado suele ser un dibujo isométrico con todas las piezas desplazadas a lo largo de un eje central de ensamblaje. Muestra las configuraciones reales de montaje y los detalles de fijación, y sirve para identificar piezas en procedimientos de ensamblaje y mantenimiento. Ejemplo citable: el mando de Google Stadia renderizado en forma explosionada.

Dibujo en perspectiva

La perspectiva se basa en la observación desde un punto único, el ojo, y produce imágenes similares a las de una cámara: crea la ilusión de que el tamaño disminuye conforme el objeto se aleja de un punto de vista fijo. La técnica fue perfeccionada por Alberto Durero, contemporáneo de Leonardo da Vinci, que desarrolló varias máquinas para «capturar» una imagen conservando las relaciones espaciales; su «ventana de Durero» usaba un cristal como plano del cuadro. Los conceptos de plano del cuadro, puntos de fuga y relatividad espacial siguen vigentes. Se usa sobre todo en arquitectura porque añade realismo y da a las partes interesadas una imagen fácil de interpretar.

La técnica de dibujo cambia según la función y según a quién va dirigido el dibujo.

El alumnado debe ser capaz de: discutir el propósito de la creación de prototipos y cómo se utiliza en el diseño y el desarrollo de productos.

La pregunta de orientación del subtema es exactamente esta: ¿por qué es necesario que los diseñadores creen prototipos de ideas? La respuesta corta es que un prototipo convierte una opinión en un dato. Mientras la idea vive en la cabeza del diseñador o en un dibujo, cualquier discusión es especulativa; en cuanto existe un prototipo, se puede medir, usar y criticar con evidencia.

Prototipos físicos

Prototipos virtuales

Pueden ser 2D o 3D, y presentarse renderizados, como estructura alámbrica o en proyección ortográfica. Su creación suele ser más rentable que la de prototipos físicos, sobre todo en las fases preliminares, cuando hacen falta muchas iteraciones, y su flexibilidad facilita modificaciones rápidas.

El alumnado debe ser capaz de: explicar cómo y por qué los diseñadores/as utilizan prototipos físicos (como la escala, la estética, los materiales, la función y el rendimiento) para mejorar el desarrollo hacia un producto final.

Los modelos físicos permiten al diseñador presentar encarnaciones tangibles de sus diseños, aptas para la valoración visual y para pruebas de usabilidad internas y con grupos de usuarios auténticos. Su gran ventaja es la tangibilidad: se manipulan y se observan desde muchos puntos de vista, y pueden construirse para exhibir una característica concreta. Su gran inconveniente es que no siempre se modifican con facilidad ni rapidez, y a veces exigen una reconstrucción completa. La guía enumera cinco aspectos que investigar, y son exactamente los ejes por los que el IB suele preguntar.

Escala

Un prototipo a escala guarda una proporción exacta con el producto real aunque sea mayor o menor. Se usa cuando el producto real es demasiado grande, caro o lento de construir. En arquitectura, las maquetas de paisaje de grandes desarrollos usan escalas del orden de 1:100, mientras que para un edificio individual, que exige más detalle, resulta más apropiada la 1:20. Las maquetas arquitectónicas son una forma rápida y barata de visualizar el espacio, considerar la relación entre edificios y paisaje y discutir revisiones con el cliente.

Estética

El modelado en arcilla es una técnica muy tradicional de los diseñadores de automóviles. Algunos estudios han trasladado el modelado al departamento de CAD, pero otros sostienen que la arcilla sigue siendo la mejor manera de visualizar el desarrollo de un diseño tridimensional. Los modelos de arcilla a escala, como el que conserva el Museo BMW de Múnich, sirven para examinar la estética; los modelos a tamaño completo permiten además ensayos en túnel de viento y el ajuste de herrajes como manillas de puerta o cristales.

Materiales

Los modelos de creación rápida de prototipos pueden ser de cartón, polímeros, metales, cerámicas o cera. Las maquetas arquitectónicas emplean cartón pluma, foamcore, tablero de fibras de densidad media (DM), cartón ondulado, madera de balsa y metacrilato. Importante: el material del prototipo no es el material del producto; se elige por facilidad de conformado, coste y rapidez, no por prestaciones.

Función

Los modelos físicos permiten evaluar atributos dimensionales y experimentar con la ubicación, el color, la textura y el tamaño de los mandos y controles. Es aquí donde se descubre que un botón queda fuera del alcance del pulgar o que una tapa se abre hacia el lado equivocado: cosas que un render no revela.

Rendimiento

Los modelos de prototipado rápido dan retroalimentación táctil y pueden producirse para replicar el aspecto y la función de un objeto real. Se fabrican en horas y se modifican sin utillaje extenso, de modo que sirven también para demostrar la evolución del modelo a lo largo de sus iteraciones.

Cada peldaño responde a una pregunta distinta. Elaboración propia a partir de los casos de Dyson y de la industria del automóvil descritos en el libro de texto.

El alumnado debe ser capaz de: explicar cómo y por qué los diseñadores/as utilizan prototipos virtuales, incluido el uso de modelos de superficie y sólidos, diseño generativo, humanos digitales, captura de movimiento, tecnología háptica, realidad virtual o realidad aumentada y análisis de elementos finitos.

Este es el punto más extenso del subtema: la guía nombra ocho tecnologías y el IB puede preguntar por cualquiera. Trátalas como un catálogo de herramientas, cada una con su propósito, su ventaja y su limitación. Los dibujos CAD existen como archivos de datos electrónicos creados con software especializado; el CAD 2D opera en los ejes x e y y construye los dibujos línea a línea o con formas básicas, sustituyendo a la delineación tradicional.

Modelos de superficie y modelos sólidos

El modelado de superficies da forma al exterior o «piel» del objeto CAD. Permite geometrías muy complejas con un efecto muy realista, pero no captura información del interior. Se usa en automoción (aerodinámica para reducir la resistencia al avance), aeroespacial (peso, resistencia y aerodinámica son especificaciones en conflicto) y producto de consumo. Su limitación decisiva: al carecer de espesor e información interna, no puede seccionarse para revelar el interior ni servir de base para la creación rápida de prototipos.

El modelado sólido contiene la información geométrica más completa: integra datos alámbricos y de superficie para definir caras y aristas, junto con la información asociativa llamada topología. Como los objetos tienen «masa», el software calcula volumen y centro de gravedad. Los cambios en una pieza se propagan automáticamente a todo el modelo, lo que lo hace idóneo para probar iteraciones rápidamente. Se le asignan propiedades de materiales para el ensayo virtual.

Diseño generativo

El diseñador introduce parámetros que definen las propiedades del producto (dimensiones, puntos de aplicación de carga) y la computadora genera respuestas que los cumplen. Se crean múltiples permutaciones hasta que el operador queda satisfecho: permite iterar mucho más rápido y generar muchas más variantes de las que una persona podría concebir. Ya es habitual en los paquetes CAD comerciales.

Humanos digitales y captura de movimiento

Los humanos digitales son modelos informáticos que simulan la biomecánica humana y predicen cómo reaccionaría un cuerpo real en distintas situaciones. Aportan datos sobre rango de movimiento, fuerzas, fatiga y riesgo de lesión. Usando tablas antropométricas y datos de captura de movimiento, generan movimiento, postura y fuerza articular mediante algoritmos complejos, y con un motor de físicas calculan fuerza muscular, fatiga, efecto de la ropa sobre el rendimiento o índices fisiológicos como la frecuencia cardíaca.

La captura de movimiento registra, sigue y analiza el movimiento mediante instantáneas de alta frecuencia. Se colocan marcadores en puntos concretos del cuerpo para identificar características geométricas críticas; los cambios de posición se digitalizan y se transfieren a través de un esqueleto digital hacia un humano digital o un modelo virtual creado por un artista. La sesión graba los movimientos del actor, no su apariencia. Ventajas: ahorra tiempo frente a la animación manual, produce movimientos más naturales y abarata la producción; en diseño, mejora la comprensión de los factores humanos y evalúa las limitaciones físicas del usuario. Límite: está restringida a movimientos anatómicamente posibles.

Tecnología háptica

«Háptico» viene del griego «tocar». Se la conoce como tecnología de retroalimentación de fuerza: aproxima el «tacto» físico del entorno y da respuesta en tiempo real en forma de presión e información espacial, lo que permite interactuar con entornos virtuales de forma más inmersiva. Los sistemas de telepresencia basados en respuesta de fuerza permiten controlar procesos a distancia en medicina, robótica y equipos industriales.

Aplicaciones destacadas: en aviación, los servomecanismos de grandes aviones fueron una aplicación pionera, al reproducir la sensación táctil que avisa al piloto de la entrada en pérdida; en salud, la háptica integrada en cirugía con realidad virtual mejora la percepción táctil del cirujano, reduce la carga cognitiva y contribuye a mejores resultados; en comercio, la respuesta táctil de las cajas de autopago da confianza de que el proceso se ha completado.

Realidad virtual y realidad aumentada

La diferencia clave: la RA añade mejoras a un entorno real; la RV sustituye por completo el entorno por una experiencia inmersiva simulada. Es una pregunta de tipo test recurrente.

El resultado exigido por el encargo determina si se justifica el tiempo y el coste considerables de generar un entorno virtual realista. En conjunto, la RV ahorra costes, permite formación en tiempo real y reduce los ciclos de desarrollo frente al enfoque tradicional de maquetas, ensayo y evaluación.

Análisis de elementos finitos (FEA)

Se usa sobre todo para cálculos de tensiones y sirve para ensayar modelos virtuales en distintas condiciones. Algunos paquetes incluyen componentes térmicos, electromagnéticos, de fluidos y de dinámica estructural.

El alumnado debe ser capaz de: responder a tecnologías emergentes y describir las ventajas y desventajas de por qué los diseñadores/as utilizan técnicas de creación rápida de prototipos como la estereolitografía, el modelado por deposición fundida y el sinterizado selectivo por láser.

Se la ha llegado a proclamar como la próxima revolución industrial. En esencia es un grupo de tecnologías para construir modelos físicos. Aunque suele llamarse «impresión 3D», la mayoría son de naturaleza aditiva; las fresadoras de control numérico han acuñado la expresión «prototipado rápido sustractivo».

Los cinco pasos del proceso básico de creación rápida de prototipos aditiva.

Estereolitografía (SLA)

El software secciona el modelo 3D en capas de 0,05 a 0,15 mm; después, un láser ultravioleta controlado por computadora, o un LCD transparente con lámpara UV, «construye» el modelo capa a capa dentro de un tanque de resina. La mayoría de las impresoras trabajan de arriba abajo: el haz dirigido solidifica el fotopolímero líquido y, al completarse cada capa, el objeto, montado sobre una mesa móvil, desciende para exponer más resina. Permite producir objetos demasiado caros, lentos o difíciles de crear por métodos tradicionales.

Modelado por deposición fundida (FDM)

Funciona como una pistola de cola termofusible: filamentos ultrafinos almacenados en bobina se extruyen por una cámara calefactada que los convierte en forma semilíquida antes de depositarlos, con el cabezal de fusión desplazándose horizontalmente sobre una mesa móvil. Filamentos habituales: cera de fundición, PETG, ABS, PLA, nailon, policarbonato y poliamida termoplástica flexible (TPA). Precisión de ±0,15 %; el material de soporte, si hace falta, se retira fácilmente.

Sinterizado selectivo por láser (SLS)

Un láser de CO₂ se enfoca selectivamente sobre una mesa móvil cubierta de polvo termofusible; la potencia se ajusta para ligar el polvo sin fundirlo (sinterizar), y barridos sucesivos construyen el modelo por capas. No se necesitan soportes: al completar cada capa se deposita polvo nuevo y se aplasta con un rodillo, lo que permite fabricar incluso modelos con piezas móviles. Al terminar se desempolva y el sobrante se recicla. Los polvos pueden ser de termoplásticos, poliestireno, cera de arena, cerámicas, acero e incluso acero inoxidable.

Comparación: SLA, SLS y FDM

SLA, SLS y FDM son las tecnologías más habituales. FDM y SLS se eligen cuando importa la funcionalidad del modelo: los componentes de FDM son similares a los de moldeo por inyección, y el SLS forma geometrías complejas, es más rápido que el FDM y admite más materiales. El desarrollo continuo ha logrado mayor precisión dimensional y gamas de materiales más amplias.

Definiciones exactas del glosario del IB (actualizado en abril de 2026). Memorízalas literalmente: el examen puede preguntarlas tal cual.

Adaptadas de los ejercicios del libro de texto (Metcalfe) y del formato de los Papers del IB.

Conexiones con otras unidades, útiles para respuestas de síntesis en el Paper 2. Se han omitido las preguntas de la guía que remiten a subtemas exclusivos de Nivel Superior (B3.2, B3.3 y B3.4).

• A1.1¿Qué aspectos ergonómicos deben tenerse en cuenta al seleccionar las técnicas de creación de prototipos?
• B1.1¿Cómo se utilizan los modelos conceptuales para generar comentarios de los usuarios en un enfoque de diseño centrado en el usuario?
• B2.1¿Por qué se utilizan diferentes técnicas de creación de prototipos como parte del proceso de diseño?
• B2.2¿Cómo una buena comprensión de las técnicas de creación de prototipos puede ayudar a los diseñadores/as a crear modelos y prototipos de sus posibles soluciones de diseño?
• B3.1¿Cómo pueden utilizarse las técnicas de creación de prototipos para evaluar la idoneidad de la selección de materiales?