围绕生物材料、细胞和工程材料的增材制造 (三维打印)，开展基础研究、技术创新和技术转移，以满足生物、医疗和机械制造中对复杂结构、难加工材料的成形制造需要。主要方向包括:
组织工程支架三维打印：实验室从1999 年开始进行生物活性人工骨(组织工程骨支架)的制备技术，曾获得国家自然科学基金和科技部863项目支持。开发了独特的低温沉职制造(LDM)技术，制备了具有分级孔隙结构、高孔隙率、高强度的块状骨修复支架。动物实验证明其对大段骨缺损具有良好的修复效果。
细胞三维受控组装：从 2002 年开始进行细胞三维受控组装技术的研究，提出基于细胞 - 水凝胶溶液的分步复合交联工艺。在世界上首次成形了带有分级开放结构的大块肝细跑三维结构体，以普通培养方式可使细胞存活数月。之后又开发了内皮细胞、脂肪干细胞、滋养细胞，癌细胞等多种细胞三维结构体。
单细胞喷射及精确细胞三维打印技术：自 2012 年在国家自然科学基金重点基金的支持下，开发了基于交变滞惯力的单细胞喷射技术。在此基础上将细胞打印的精度提高到单细胞尺度，以实现多细胞复杂结构的三维打印，为细胞生物学研究、疾病研究和药物研究等提供更加丰富的细胞三维模型及其构建手段。
电子束选区熔化：自2004 年在国家自然科学基金的支持下，在国内率先开展了电子束选区熔化(EBSM)技术的研究。已为用户提供了多台 EBSM 设备。在北京市科技计划支持下，面向钛合金植入物的个性化制造和难加工材料的制备/c成形一体化研究，开发了具有双金属增材制造功能的新一代EBSM-250系统。
在上述研究方向的基说上，中心正着力开展的前沿研究方向具体可分为：
细胞 / 器官 3D 打印及体外生物功能体制造
· 生物机器装置和体外生命系统制造
· 细胞 / 组织 / 器官芯片及微生理系统制造
· 个性化组织工程支架及器官修复植入体制造
· 组织、器官及生物材料三维结构体的成形学研究
· 再生医学模型及体外疾病模型的仿生设计及制造
· 体外生物功能体在生物、病理和药物研究的应用
· 空间生物 3D 打印及生物制造
· 生物 - 微纳制造及技术集成
· 细胞组装及先进生物材料成形工艺和装备
· 细胞 / 组织芯片及基于细胞的先进医疗诊断设备
· 金属增材制造技术与装备
