水凝胶溶胀变形也经常被用来作为4D打印的材料驱动力，但是水凝胶均匀的自由溶胀只会带来等比例的体积放大，不会带来形状改变。因此，一般有两种方法实现水凝胶的4D打印：一种是通过不同水凝胶的组合；另一种是通过水凝胶材料的各向异性。Naficy等通过将两层不同的水凝胶打印在一起，一层水凝胶为具有温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）凝胶，另一层为不具备温度响应的聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯（PHEMA）凝胶。打印时使用的墨水均为调节流变后的水凝胶前驱液，打印完成后利用紫外光进行聚合固化，两层水凝胶聚合后形成相互渗透的聚合物网络，使得两层凝胶能粘接在一起。最后通过环境温度刺激导致两层水凝胶的溶胀不匹配，从而形成结构变形。不同材料的 4D 打印：(a)掺杂碳黑的聚氨酯(PU)的 4D 打印，(b)聚乳酸(PLA)的 4D 打印，(c)液晶弹性体(LCE)的 4D 打印。
研究者们关于实现水凝胶各向异性的方法也各有不同。Huang等利用紫外光的曝光时间来控制3D打印过程中单层水凝胶的交联程度，实现了整体水凝胶的交联程度在厚度分布上呈现各向异性。不同交联程度的水凝胶拥有不同的溶胀性能，当打印的结构浸入水中溶胀之后就能呈现复杂的变形。Qi等利用数字光处理3D打印技术既可以利用曝光时间使水凝胶在厚度方向上产生交联程度上的差异，又能够调控图案的灰度值来控制曝光强度，从而产生单层水凝胶面内的交联差异。打印的结构同样可以在水中因为不均匀的溶胀产生形变。
Gladman等使用PNIPAm水凝胶和硬质纤维素组成复合墨水，再通过墨水直写打印获得可控的溶胀变形。当墨水经过喷头时，墨水中的纤维因为受到剪切力而定向分布,导致挤出的材料丝力学性能的各向异性。因此，最终形成的打印水凝胶-纤维复合结构会根据走线方向表现出溶胀行为的各向异性，利用这种打印方法合理规划走线路径可以获得水凝胶可控的溶胀变。
在这个工作中，他们还通过实验观察了纤维的具体分布形式，统计出的分布图呈现近似的正态分布。
虽然目前已经开展了不少关于水凝胶4D打印的工作，但是绝大多数都是以实验为主，仅有少数用简化的线性模型阐述了变形的机理，还不能真正做到定量的预测变形模式。适用于3D打印的水凝胶各向异性溶胀本构模型对于水凝胶的可控变形非常重要，还待进一步深入研究。
