（1）研发一种基于墨水直写3D打印水凝胶的方法，并适用于多种功能性水凝胶的3D打印，包括双网络水凝胶、磁性水凝胶、温敏水凝胶和生物凝胶等。在保证打印性能的条件下，不影响水凝胶的功能性,并且有优异的生物相容性。
（2）研发基于水凝胶的多材料3D打印方法,将水凝胶与其他不同功能的聚合物打印在一起。解决了水凝胶与这些材料的界面粘接问题，阐述了粘接原理。利用自组装的数字光处理多材料打印系统实现了水凝胶与其他聚合物的复合打印，展示了一系列水凝胶与其他功能性材料打印在一起的应用实例。
（3）发展一种适合墨水直写打印水凝胶-纤维复合材料的各向异性溶胀模型。在均匀溶胀的基础上，增加一个新的自由能函数来描述打印诱导的纤维的各向异性力学性质。在该自由能函数中引入一个分散系数，用于描述经剪切诱导后的纤维分布，同时也可以反映各向异性的程度。利用ABAQUS用户定义材料(UMAT)实现该本构模型，并对数值解、解析解和实验数据进行讨论，以验证所提出的模型。最后，利用有限元分析不同的算例，预测了水凝胶4D打印后续产生的变形，也为模拟植物变形形貌提供的新的途径。
到目前为止，大多数相关工作在描述水凝胶各向同性的溶胀，即在自由溶胀状态下，各个方向的伸长率是相等的。
Hong的理论描述了非均匀场下水凝胶溶胀的平衡状态，如果水凝胶的力学性质是各向异性的，则各向异性平衡态也成立。
Nardinocchi等人基于Hong等人提出的非均匀场溶胀本构框架，结合Odgen的各向异性超弹本构模型，提出了一种适用于一族刚性纤维的水凝胶各向异性溶胀本构方程；其中G为材料的剪切模量；w是一个衡量纤维强度的参数；I为第一主不变量；y表示纤维方向的伸长，x为每个分子的体积；k为玻尔兹曼常数；T为温度； u为混合熵的参数。
Liu在此基础上增加了一族垂直的纤维，获得了嵌入两族互相垂直纤维的水凝胶的各向异性溶胀模型。综上所述，已有的水凝胶各向异性溶胀本构模型只能简单的描述嵌入一族纤维或者二族垂直纤维的水凝胶溶胀行为。墨水直写打印水凝胶-纤维复合材料中的纤维并不是如此理想化的排布，因此以上本构模型并不适用于墨水直写打印导致的水凝胶各向异性溶胀。