增材制造(3D打印),兴起于20世纪90年代,目前在汽车、建筑、医疗等领域已经得到广泛的应用。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性的器官模型。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。本文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。本文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,本文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、分叉结构和Y型结构实例,探索该工艺在医学领域中的潜在应用。论文主要开展的工作如下:一、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。二、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。三、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力损失,解决喷头长度与气压参数的选择问题。四、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。