Η μορφή χάραξης γνωστή ως τρισδιάστατη χάραξη με λέιζερ είναι ένας ειδικός τύπος χάραξης που περιλαμβάνει είτε χάραξη σε τρισδιάστατη επιφάνεια σε περισσότερες από μία ακμές τη φορά είτε δημιουργία τρισδιάστατης εικόνας με διαφορετικά επίπεδα βάθους. Η χάραξη με λέιζερ, η οποία χρησιμοποιεί ένα λέιζερ αντί για ένα κομμάτι κοπής, είναι καλύτερη σε αυτήν την τρισδιάστατη διαδικασία, επειδή μπορεί εύκολα να σκάψει στην επιφάνεια χωρίς να παρεμποδίσει κατά λάθος ή να χτυπήσει προηγούμενα σημάδια χάραξης. Η εικόνα που θα χρησιμοποιηθεί με τρισδιάστατη χάραξη λέιζερ λαμβάνεται συνήθως από μια εικόνα σε κλίμακα του γκρι και ο χειριστής πρέπει να γνωρίζει πώς να βαθμονομεί την κλίμακα του γκρι για να επιτύχει το σωστό βάθος και το σωστό αποτέλεσμα. Υπάρχουν επίσης ειδικοί χαράκτες λέιζερ που μπορούν να χαράξουν κάτω από την επιφάνεια του γυαλιού ή του κρυστάλλου για να δημιουργήσουν τρισδιάστατες εικόνες μέσα στο υλικό.
Η απλούστερη έκδοση της τρισδιάστατης χάραξης με λέιζερ είναι όταν έχουν χαραχθεί ταυτόχρονα περισσότερες από μία πλευρές ενός τρισδιάστατου αντικειμένου. Για παράδειγμα, εάν κάποιος θέλει να χαράξει έναν κύβο, θα χρειαστεί λιγότερος χρόνος για να χαράξει πολλές πλευρές ταυτόχρονα από ό,τι για να κάνει κάθε πλευρά ξεχωριστά. Αυτός ο τύπος εξοπλισμού χάραξης χρησιμοποιεί δύο ή περισσότερα λέιζερ ταυτόχρονα και ο χρήστης πρέπει να έχει όλες τις πλευρές σωστά φορτωμένες στο πρόγραμμα διαφορετικά η χάραξη θα βγει λάθος.
Συνηθέστερα, η τρισδιάστατη χάραξη με λέιζερ χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας τρισδιάστατης εικόνας με βάθος. Για παράδειγμα, με έναν κανονικό χαράκτη, μια επίπεδη εικόνα με γραμμές που υποδηλώνουν βάθος θα τοποθετηθεί στο υλικό. Το σκάλισμα είναι παρόμοιο με την τρισδιάστατη χάραξη στο ότι και τα δύο σκάβουν πραγματικά το υλικό για να δημιουργήσουν ένα οπτικά ξεχωριστό προσκήνιο και φόντο. Με τη χάραξη, αυτό γίνεται μέσω διαφορετικών εντάσεων λέιζερ.
Η χάραξη με λέιζερ κάτω από την επιφάνεια (SSLE) είναι μια τρισδιάστατη μέθοδος χάραξης με λέιζερ που δεν χαράσσεται στην επιφάνεια του υλικού, αλλά κάτω από αυτό. Αυτό γίνεται συνήθως σε κρύσταλλο ή γυαλί, επειδή άλλα, αδιαφανή υλικά δεν θα μπορούσαν να εμφανίσουν την εικόνα. Το SSLE χρησιμοποιείται για διαφημιστικά αντικείμενα και συχνά αφήνει τους ανθρώπους να ξύνουν ή να τρίβουν την επιφάνεια του κρυστάλλου ή του γυαλιού, αναρωτιούνται πώς ο χαράκτης πήρε μια εικόνα μέσα στο υλικό χωρίς να αφήνει σημάδια στην επιφάνεια.
Οι περισσότερες μηχανές χάραξης λέιζερ 3D διαθέτουν την τρισδιάστατη εικόνα ρυθμισμένη με εικόνα σε κλίμακα του γκρι. Ανάμεσα στο μαύρο και το λευκό, υπάρχουν 3 αποχρώσεις του γκρι. Όσο πιο κοντά στο λευκό, τόσο λιγότερο κόβεται. όσο πιο κοντά στο μαύρο, τόσο περισσότερο υλικό θα κοπεί. Γνωρίζοντας πώς να χρωματίζει σωστά μια εικόνα, ο χειριστής του χαράκτη θα είναι σε θέση να κάνει τη σωστή κοπή στο υλικό.