Vibration occurs not only in daily life but also in various fields such as semiconductors, aerospace, vehicles, and ships. Unexpected vibrations can cause fatigue damage to structures and degrade the performance of the entire system, having very detrimental effects. Particularly, low-frequency vibrations can be very harmful to precision equipment, human bodies, and buildings. Therefore, mitigating low-frequency vibrations is essential for effective vibration reduction. In this study, a kirigami-inspired composite meta-structure is proposed for low-frequency vibration reduction. Inspired by kirigami, the meta-structure is designed to transform from a three-dimensional to a two-dimensional form upon compression, leveraging structural advantages. Additionally, it is designed to have quasi-zero stiffness characteristics, providing excellent vibration reduction performance even at low frequencies. The kirigami composite meta-structure was fabricated using carbon fiber reinforced TPU through 3D printing. Its structural and vibrational characteristics were evaluated and analyzed through compression and vibration tests.

진동은 일상 생활 뿐만 아니라, 반도체, 우주항공, 차량, 선박 등 다양한 분야에서 발생하게 된다. 이때 예기치 못한 진동은 구조물의 피로 손상을 야기하고, 전체 시스템의 성능을 저하시키는 등 매우 좋지 않은 영향을 끼치게 된다. 특히, 저주파 진동은 정밀장비나 인체, 빌딩 등에 매우 민감하게 작용할 수 있기 때문에, 효과적인 진동 저감을 위해서는 저주파 진동 저감은 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 저주파 진동 저감을 위한 키리가미 구조 영감의 복합재료 메타구조를 제안한다. 키리가미 영감을 통해 압축에 따라서 3차원 구조에서 2차원 평면으로 변형이 되도록 설계하여 구조적인 이점을 확보하고자 하였으며, 또한 Quasi-zero stiffness 특성을 통해 저주파에서도 매우 우수한 진동 저감 성능을 갖도록 설계되었다. 해당 키리가미 복합재료 메타구조는 탄소 섬유 강화 TPU를 사용하여 3D 프린팅을 통해 실 제작하였고, 압축 및 진동 테스트를 통해 구조적인 특성과 진동적인 특성을 평가 및 분석하였다.

Keywords: 복합재료(Composite material), 3D 프린팅(3D printing), 진동 저감(Vibration reduction), 키리가미 (Kirigami), 메타구조(Meta-structure)