增材制造（3D打印），兴起于20世纪90年代，目前在汽车、建筑、医疗等领域己经得到广泛的应用。3D打印具有快速响应、操作便捷、个性化定制等优点，并受到越来越多的关注。在过去的几十年间，3D生物材料打印之路已经从快速成型用于发展和研究的医学辅助工具，走向了私人定制的医学装备。3D凝胶打印作为3D生物材料打印的一种，其原理是把生物材料按照一定的规律沉积形成3D实体。若将生物材料混合细胞，再利用3D打印技术制造成实体，后期经过进一步培养可得到具有生物活化的器官模型。因此，研究并改善凝胶打印工艺，实现精准控形对3D打印在生物领域的应用具有重要意义。
在分析海藻酸钠凝胶的可打印性研究的基础上，优化了凝胶的打印参数和路径，提高了打印精度。对宾汉流体的特性进行了理论研究，并进一步提出基于明胶支撑材料的挤出成型凝胶打印工艺。探索了明胶材料作为支撑的性能与制备方法，完善了凝胶在支撑中的打印工艺参数。另外，针对不同的影响因素，对凝胶的力学性能研究进行了 一系列对比实验探究。最后利用明胶支撑打印工艺打印实体结构、空间结构、分义结构和Y型结构实例，探索该工艺在医学领域中的潜在应用。研究主要开展的工作如下：
- 凝胶生物打印参数设置和打印工艺的探索。包括打印工艺平台设计和打印参数实验。合理设置在点、线、体凝胶结构成型中的打印参数及路径优化，使凝胶结构获得较好的尺寸精度与整体度。最后通过细胞实验验证凝胶的生物兼容性及打印过程的无害性。
- 分析宾汉流体的物理特性，通过建立宾汉流体在凝胶3D打印中的物理模型，探索其与打印参数的物理关系。从理论上分析支撑材料的打印性能。
- 明胶支撑中的凝胶打印工艺探索及优化。研究支撑材料的性能及配制工艺，优化凝胶打印参数，实现精准控形和复杂结构的打印。其中，运用理论分析凝胶材料在长喷头中的压为损失，解决喷头长度与气压参数的选择问题。
- 利用基于明胶支撑的打印工艺打印不同类型结构，探索其在医学领域内的潜在应用。打印3D人体肝脏结构以验证此方法能打印整体性结构，打印空间线条结构以验证此方法能打印多种材料结构，打印血管分叉结构以验证此方法能控制材料在空间的精确沉积，打印Y型血管结构以验证此方法能制造结构的内部流道。
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