生物3D打印是将混有活细胞的“生物墨水”进行逐层打印形成三维结构的技术。所打印出的结构除了可以应用于组织工程支架、三维支架细胞培养、药物筛选等领域,也为人工组织和器官的制造提供了崭新的方向。因此,生物3D打印是3D打印技术相关研究中最具前沿性和研究价值的领域之一。过去十余年里,生物3D打印技术在持续不断地发展。但是,限于材料、工艺等因素,打印的分辨率和质量仍不能达到令人满意的程度,导致实现功能性组织和器官打印的愿景依然渺茫。聚己内酯-水凝胶复合支架是生物3D打印常用的打印方案。本文从该复合支架出发,为提高打印分辨率和质量开展了一系列改进工作。本文首先设计开发了一套基于模块化设计理念的高精度多材料生物3D打印系统,其机械结构、硬件电路、控制软件及切片软件均根据多材料的生物3D打印要求进行了特殊设计。基于该3D打印系统,本文采用仿真和实验相结合的方法对聚己内酯(PCL)的熔融沉积成型(FDM)打印和海藻酸盐(SA)水凝胶的电机助推微注射器(MAM)打印工艺进行了一系列探索工作,最终成功实现了聚己内酯-水凝胶复合支架的高精度3D打印。本文建立了FDM热流模型并采用数值仿真法进行模拟分析,发现喷头熔体的流固耦合界面形态是决定打印顺畅度和打印质量的关键因素;研究了风扇风速、加热管温度和喷嘴孔径等工艺参数对PCL的打印质量的影响,得到了最佳工艺参数,并经实验得到验证;通过配制组分比例不同的SA/CS/GDL溶液作为可注射3D打印的水凝胶材料,回归分析了溶液螯合作用过程中所受挤压力与时间的Logistic关系,并基于实验结果,提出了基于时变压力补偿的调速注射控制算法,作为MAM喷头工艺参数优化的主要策略。单丝拉伸实验、网格打印实验和复合支架打印等实验结果表明,本研究所开发的多材料生物3D打印系统具有优良的打印性能,且在此基础上所研究的工艺改进方法能够有效打印出高分辨率的聚己内酯-水凝胶复合生物支架,对实现功能性组织和器官打印具有积极推动作用。