Gravēšanas forma, kas pazīstama kā 3D lāzergravēšana, ir īpašs gravēšanas veids, kas ietver vai nu gravēšanu uz trīsdimensiju virsmas vairāk nekā vienā malā vienlaikus vai 3D attēla izveidi ar dažādiem dziļuma līmeņiem. Lāzergravēšana, kurā tiek izmantots lāzers, nevis griešanas bits, šajā 3D procesā ir labāka, jo tā var viegli iegremdēties virsmā, mazliet nejauši netraucējot vai nesaskaroties ar iepriekšējām gravēšanas atzīmēm. Attēls, kas jāizmanto ar 3D lāzergravēšanu, parasti tiek ņemts no pelēktoņu attēla, un operatoram ir jāzina, kā kalibrēt pelēktoņu, lai sasniegtu pareizo dziļumu un efektu. Ir arī īpaši lāzergravētāji, kas spēj iegravēt zem stikla vai kristāla virsmas, lai materiāla iekšpusē izveidotu 3D attēlus.
Vienkāršākā 3D lāzergravēšanas versija ir tad, ja vienlaikus tiek iegravēta vairāk nekā viena 3D objekta puse. Piemēram, ja kāds vēlas iegravēt kubu, vairāku malu iegravēšana vienlaikus prasīs mazāk laika, nekā katras puses izgatavošana atsevišķi. Šāda veida gravēšanas iekārtās vienlaikus tiek izmantoti divi vai vairāki lāzeri, un lietotājam programmā ir pareizi jāielādē visas malas, pretējā gadījumā gravējums iznāks nepareizi.
Biežāk 3D lāzergravēšana tiek izmantota, lai izveidotu 3D attēlu ar dziļumu. Piemēram, ar parastu gravieri materiālā tiks ievietots plakans attēls ar līnijām, kas norāda uz dziļumu. Gravēšana ir līdzīga 3D gravēšanai, jo abi faktiski izrauj materiālu, lai izveidotu vizuāli atšķirīgu priekšplānu un fonu. Ar gravēšanu tas tiek darīts, izmantojot dažādas lāzera intensitātes.
Zemvirsmas lāzergravēšana (SSLE) ir 3D lāzergravēšanas metode, kas gravē nevis uz materiāla virsmas, bet gan zem tās. Parasti tas tiek darīts ar kristālu vai stiklu, jo citi, necaurspīdīgi materiāli nespētu parādīt attēlu. SSLE tiek izmantots reklāmas priekšmetiem, un tas bieži liek cilvēkiem skrāpēt vai berzēt kristāla vai stikla virsmu, prātojot, kā gravētājs materiāla iekšpusē ieguvis attēlu, neatstājot pēdas uz virsmas.
Lielākajai daļai 3D lāzergravēšanas iekārtu 3D attēls ir iestatīts ar pelēktoņu attēlu. Starp melno un balto krāsu ir 256 pelēkā nokrāsas. Jo tuvāk baltajam, mazāk tiek nogriezts; jo tuvāk melnajam, jo vairāk materiāla tiks nogriezts. Zinot, kā pareizi izkrāsot attēlu, graviera operators varēs iegūt pareizo griezumu materiālā.