受传统制造工艺的影响，水凝胶通常只能通过模板法制作成二维或简单的三维结构，这大大限制了水凝胶的应用前景。因此，研究从微观尺度到宏观尺度水凝胶的制造具有重要的应用价值，也是力学、高分子、生物医学工程等领域研究的前沿与热点。其中，3D打印水凝胶技术因为可以根据需要将数字设计快速转换成复杂的结构而获得广泛关注。由于水凝胶材料的前驱液通常是由水、高分子单体和引发剂组成，有着接近于水的物理性质从而很难直接被用作3D打印，所以大多数3D打印技术都需要对原来的水凝胶前驱液进行调整。前驱液越少的调整意味着它越接近水凝胶原本的功能。特别是对生物医疗领域，水凝胶前驱液越少的调整也会使得最终的水凝胶材料尽可能的保持更好的生物相容性。与此同时，打印的水凝胶拥有更高的含水量也会使得其拥有更好的生物相容性。因此，在3D打印水凝胶过程中如何尽可能少的改变原本水凝胶的功能性以及打印更高含水量的水凝胶有着重要的研究意义。

溶胀是水凝胶材料拥有的一项重要的性能，当水凝胶浸入溶液中时，溶剂会根据溶液中的化学势能迁移，从而实现水凝胶的溶胀变形。通过3D打印技术能将各向异性引入水凝胶材料中，从而实现可编程的各向异性溶胀，也就是4D打印，4D打印方法通常用于研究仿生结构的变形。探究引入各向异性的水凝胶溶胀理论，有利于分析和预测打印结构后续的溶胀变形，也对生命体组织器官各向异性的研究有积极意义。