组织损伤修复是目前组织工程研究的热点,利用组织工程支架完成缺损组织修复及重建是常用的临床治疗方法之一。与传统的制造方式相比,生物三维打印具有可以制造复杂结构组织、个性化、高精度等优点。随着生物三维打印技术的不断进步与发展,精确制造目标组织替代物在组织工程的研究领域具有重要意义。本文以实现目标组织的结构-功能一体化制造为目的,设计一种基于复合制造工艺的生物三维打印装置,并以半月板支架为例进行打印实验及测试,进一步验证设计的可行性。本文的主要研究如下:首先,确定以某男性志愿者的半月板CT扫描影像作为图像数据来源,在Matlab GUI环境下对半月板CT图像进行二值化、滤波、边缘检测处理,得到轮廓清晰的图像,再将其导入Mimics三维建模软件进行半月板三维模型重建,并设计了三种不同的半月板内部结构,在Abaqus中进行力学仿真分析,为后期打印实验提供数据来源。其次,为实现以半月板为例的目标生物组织制备,在功能需求分析基础上,选择熔融沉积制造工艺与气动挤出相结合,设计一种复合成型工艺的双喷头生物打印装置。以三轴龙门运动框架作为机械框架,配合基于ARM的电气控制系统等多个模块构成双喷头生物打印装置,在此基础上重点研究不同工艺下相应喷头间的切换方法,为实现平台精确可靠运行奠定基础。最后,以本文设计的复合工艺生物三维打印装置为实验平台,完成两种工艺下生物材料的线性打印测试,再使用气动挤出喷头打印三种不同结构的圆柱体水凝胶支架(打印轨迹夹角分别为30°、45°、90°),获得最优打印参数,并对成型支架进行性能测试与分析。基于以上结果,完成PLA/海藻酸钠半月板支架的成型。以上对于半月板的模型重建与基于复合制造工艺的生物三维打印实验研究及对包括骨、软骨等在内的复杂组织修复具有重要的理论支撑作用,具有很好的科学指导价值。