水凝胶因其独特的机械性能、优良的生物相容性等性质,在生物医药、智能材料、新型传感器等领域拥有巨大的应用空间。而近年来,随着高强度高韧性水凝胶研究工作的进一步深入,使水凝胶的机械性能得到了显著提升,应用前景更加广阔。但是随之而来的难题是高强度高韧性合成水凝胶的交联过程普遍比较复杂,因此,此类水凝胶的成型性和可加工性较差,无法通过传统的加工工艺制备复杂的功能结构和器件。借助近几年3D打印技术的迅速发展和成熟,水凝胶材料又增加了一种新型加工方式,解决了原本加工困难的问题。但是,目前要将3D打印应用到高强度高韧性水凝胶的制备中还面临诸多挑战。基于此背景,本论文主要开展对一种新型高强度高韧性水凝胶的3D打印制备成型研究工作,从水凝胶制备、3D打印平台搭建、水凝胶3D打印性能研究、水凝胶固化机理研究四个方面阐述了相关研究工作。本论文首先从一种高强度高韧性聚离子水凝胶(Polyion complex hydrogel,PIC)的合成入手,在已有的相关研究工作的基础上改进合成工艺,改善水凝胶的内部缺陷,得到了强度和韧性更为突出的N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵/对苯乙烯磺酸钠(PMPTC/PNaSS)聚离子水凝胶材料。在此基础上,测定了PIC水凝胶的流变性能以及在压模加工条件下的拉伸强度、杨氏模量、断裂应变、断裂能等性能参数,为3D打印加工方式提供了参考标准。针对水凝胶3D打印的需求,本论文设计开发了一套三维运动平台和挤出系统,实现了打印喷头在三维空间中的运动控制和温度控制。对PIC水凝胶3D打印性能的研究是本论文的重要内容。本文从可打印性、打印精度、打印对水凝胶机械性能的影响三个方面介绍了相关研究工作,并从水凝胶的流变性以及固化速度对实验结果进行了解释。在PIC水凝胶打印性能的研究基础上,本文还展示了若干复杂结构的打印结果和一个典型的打印案例,证明了PIC水凝胶优秀的3D打印性能。本论文最后展开了对PIC水凝胶在水中固化行为的研究。水分子在水凝胶溶液中的扩散以及水凝胶溶液中NaCl在水中的扩散最终导致了PIC水凝胶溶液的固化,两种物质的扩散和水凝胶的固化过程有着密不可分的联系。本论文首先通过实验方法探究了在一维条件下,PIC水凝胶溶液在水中的固化速度以及水凝胶溶液浓度对固化速度的影响;然后,通过建立物理模型对PIC水凝胶的固化过程进行了数值模拟,解释了固化实验的结果并揭示了水凝胶溶液浓度对固化速度的影响规律。