通常情况下，一种有价值的新工业能力会给测量科学带来一系列全新的挑战，因此，不可避免地，也会给NIST带来挑战。
目前的一个例子就是快速发展的增材制造(AM)——工业上相当于3d打印的技术，在这种技术中，复杂的结构是通过逐层叠加而成的，而不是从单独的组件组装起来，或者从一个实体块开始，然后从其中的材料中移除材料，有时使用一些加工工具来生产最后的部分。
AM已被广泛用于制造各种设备，从医疗植入物到多材料电子元件、精密流体导管、灯具组件、光纤连接器等。但这种方法给缺陷检测和质量控制带来了问题:在不破坏设备的情况下，很难评估设备内部特征的精确尺寸和拟合。
因此，许多制造商转向了一种名为x射线计算机断层扫描(CT)的技术，这种技术长期用于医学成像，但在过去15年里越来越多地用于检测商业产品的尺寸特征。然而，目前很少有公认的标准来评估CT仪器的性能或验证其图像的准确性。
这就是为什么NIST与明尼苏达州的北极星成像公司(NSI)签订了合作研究与开发协议(CRADA)，该公司是工业数字x射线和CT系统的制造商，该公司向NIST提供了一台CT设备，用于CRADA为期三年的研究。在此期间，NIST研究人员可以使用CT系统测试候选参考伪影的测量结果，这些伪影最终可用于标准化测试和校准;与此同时，NSI系统的特点是在国家标准实验室的严格程序。
NIST物理测量实验室的项目科学家梅根·希林(Meghan Shilling)说:“目前，我们主要参与开发描述良好的参考工件。”“我们设计了一个工件，用于评估CT系统的性能，并使用我们的触觉探针坐标测量机进行测量，这些测量精度非常高。
“然后，我们将这些人工制品放入CT系统中，测量它们，看看数据是如何比较的。我们团队中有一个人，他是NIST工程实验室的一员，他正在使用增材制造技术制作金属测试结构，他故意在其中留下一些空隙，这些空隙也可以使用CT系统成像。与此同时，我们也在研究北极星机器的特征，给他们提供技术反馈，可能有助于改善他们的系统设计。”
NSI的工程经理Tucker Behrns说:“CRADA对于NSI来说是非常有价值的，它描述了该系统的特点，用于改进和增强CT系统的设计。”“通过与NIST团队合作，我们已经能够收集到丰富的信息，同时在计量方面获得公正的反馈。通过这项协议，我们获得了独特的测量知识和技能，这让我们对机器功能和性能的关键方面有了更深入的理解。”
一个并行的目标是协助制定可在全世界颁布的业绩评价标准。Shilling说:“NIST和NSI都积极参与标准组织，包括国际标准化组织(ISO)和美国机械工程师协会。”
“两家公司都在制定规范CT系统的标准。目前唯一的CT尺寸计量性能评估文件是德国的指南，制定指南的团队也参与了ISO标准的起草。最终，我们也希望能够传播关于技术和工件的最佳实践和经验教训。”
CT的工作原理是将适当能量的x射线以先后不同的角度投射到物体上。不同种类的材料吸收或散射的x射线或多或少;因此，测量通过多特征物体以不同角度传输的x射线可以揭示其内部结构。在典型的医学CT扫描中，x射线源围绕身体连续旋转，形成二维或三维图像，显示循环系统问题、肿瘤、骨骼不规则、肾脏和膀胱结石、头部损伤和许多其他情况。
用于人造物体的x射线CT使用了完全相同的原理。在NIST的NSI仪器中，样品/测试物体被放置在x射线源和探测器板之间的平台上。样本围绕它的垂直轴旋转一系列小的角度增量，x射线束穿过它，在每个位置取一帧数据。每次测量产生一个单独的二维切片。计算机软件集成了所有的切片，并建立了一个三维图像。
然而，有许多复杂的因素。首先，样品可能包含软聚合物部分和多层熔化或烧结粉末中的硬金属部分。每一种材料都有一个固有的衰减系数(x射线通过材料的难易程度)，它取决于材料的组成和密度，以及x射线源的能谱。对于特定的x射线能量，NIST提供了原子序数从1到92的元素的x射线质量衰减系数表。但是，计算多元素化合物的衰减系数，如塑料与金属结合，使用x射线能量谱，是一个挑战。
“我们能够改变x射线源中的电压和电流，”Shilling说，“我们可以在光束前放置各种过滤器，以调整传播到目标测试对象的x射线光谱。因此，该系统非常能够测量从塑料到钢铁等材料。”根据客户的需求和想要的细节程度，一次测量可以从半小时到四小时或更长时间。
但是如何客观地评价这些图像的准确性呢?测量不同材料和结构的最佳方法是什么?答案从大量的试验中慢慢浮现出来，“建立正确的环境是一门艺术，”希林说。除了调整电压和电流在x射线束与过滤材料之间，两者之间的距离x射线源并且样品，以及样品和检测器，都可以通过调节来实现各种效果。
与此同时，Shilling和他的同事也在研究仪器中可能导致测量误差的方面。“例如，”她说，“当旋转台的垂直轴旋转时，我们想看看样本在其他方向上可能会上下或左右移动多少。这可能会影响结果的质量。我们最近一直在做的是描述机器最重要轴上的运动。”
这项工作需要灵敏的电容计和激光干涉仪，它们可以探测到位置上极其微小的变化。根据CRADA的规定，这些和其他测量将继续大约一年的时间。
“在NSI，”Behrns说，“在我们服务的许多主要市场中，我们已经看到增材制造在生产组件中的应用大幅增加。随着我们的客户继续扩大这项技术的应用，我们相信CT将在识别和测量内部结构方面发挥至关重要的作用，这是传统方法无法做到的。与NIST的合作使我们能够加速CT测量技术的进步，从而继续提高我们服务于这个快速扩张的市场的能力。”
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