实验室以材料形变规律-控形控性方法-材料组织结构与性能为研究主线，形成了以下五个主要研究方向：材料成形过程模拟理论与方法、数字化模具设计制造技术、快速成形与快速制模、精密成形工艺与装备、先进材料制备与应用。各研究方向的主要研究内容为：

1）方向一：材料成形过程模拟理论与方法

研究材料在固态、液态条件下的形变（流变）规律和多场、多尺度下各因素间的耦合作用机制，构建成形过程的计算模型，建立快速精确的数值计算方法，为全面真实地掌握材料的形变规律及机理、组织结构演变和性能预测提供技术支撑。

2）方向二：数字化模具设计制造技术

研究面向模具开发全过程的智能化设计、自动化制造、精益化生产过程优化控制的理论与方法，建立模具设计制造的数字化平台，克服模具开发过程中过于依赖经验造成的低效率、低可靠性的瓶颈问题，使模具设计制造由经验走向科学。

3）方向三：快速成形与快速制模技术

研究激光与材料的相互作用机理，建立快速成形过程中零部件性能与精度的控制方法，形成材料-工艺-装备一体化的成套技术体系，解决大型复杂高性能零部件的快速整体成形制造难题。

4）方向四：精密成形工艺与装备

研究材料在力场/温度场作用下的组织结构演变及形变规律，建立成形过程的控形控性方法，形成精密成形工艺-装备成套技术体系，解决高性能零部件的高效、高精成形制造难题。

5）方向五：先进材料制备与应用

重点围绕高性能工模具材料、合金材料、复合塑料、新能源材料、纳米材料的制备与应用，研究材料成分、制备工艺、组织结构与性能之间的关系，以及外场作用下的材料组织结构演变机制，建立高性能材料的设计与制备方法，满足关键零部件或器件对高性能材料及其成形技术的需求。