Trójwymiarowe (3D) cięcie laserowe przypomina zwykłe cięcie laserowe, z tą różnicą, że laser jest w stanie rozpoznać wszystkie strony podłoża, a nie tylko powierzchnię podłoża. W przeciwieństwie do dwuwymiarowego (2D) cięcia laserowego, cięcie laserowe 3D zwykle jest w stanie pracować z sześcianem lub innym dużym kształtem podłoża, a nie tylko z płaskim kawałkiem materiału. Samo podłoże może składać się z wielu różnych materiałów, takich jak szkło, kryształ, metal i drewno. Inne metody cięcia mogą ciąć tylko powierzchnię materiału, ale laser można ustawić tak, aby wycinał wnętrze materiału, co jest najczęściej używane w przypadku kryształu.
Jednym z aspektów cięcia laserowego 3D jest to, że maszyna do cięcia jest w stanie rozpoznać wszystkie strony podłoża. Dzięki wycinarce laserowej 2D maszyna jest w stanie wyciąć i rozpoznać tylko lico materiału. Metoda 3D pozwala krajarce przejść i precyzyjnie wyciąć i ukształtować podłoże zgodnie z wymaganiami przesłanego projektu, co pozwala maszynie na wykonywanie znacznie bardziej skomplikowanych kształtów i projektów.
Dwuwymiarowe wycinarki laserowe zwykle mogą ciąć tylko płaski kawałek materiału, ale cięcie laserowe 3D może być wykonane w grubym kawałku materiału, takim jak sześcian lub kula. Podobnie jak zdolność rozpoznawania wszystkich stron podłoża, umożliwia to maszynie wykonywanie znacznie bardziej złożonych cięć w porównaniu z maszyną 2D. Jednocześnie istnieje kilka tańszych wycinarek laserowych 3D, którym brakuje tej możliwości.
Wycinarka laserowa 3D może być używana z wieloma różnymi materiałami, a każdy materiał ma inne przeznaczenie. Drewno można formować w kawałki na meble lub elementy dekoracyjne, szkło i kryształ można formować w kształty, a metal można formować w części lub płytki obwodów drukowanych (PCB). Zwykle można to również zrobić za pomocą wycinarek laserowych 2D, ponieważ lasery są zwykle wszechstronnymi wycinarkami.
Unikalnym aspektem cięcia laserowego 3D jest możliwość wychodzenia poza powierzchnię podłoża. Umożliwia to frezowi cięcie pod powierzchnią bez pozostawiania rys na powierzchni materiału. Zwykle jest to wykonane z kryształu i szkła, a na środku materiału wygrawerowany jest obraz 3D. Do tego celu można również użyć drewna; czasami się to robi, a następnie drewno jest rozłupywane, aby odsłonić wnętrze, ale nie jest to tak powszechne, jak kryształ.