3D机器人带有范围大的A/B运动轴，使得导光系统不仅需要通过反射镜位置变化，还需要通过反射镜的角度变化来实现激光传递。通过反射镜角度变化传递激光，会产生激光反射误差放大问题。3D激光加工头研制。
3D激光加工头的运动精度与定位精度直接影响到激光的加工精度，且气体喷嘴与激光聚焦装置安装精度影响到机器人质量，还需防止长时间激光加导致加工头的温度升高而影响其工作特性等难题，3D激光加工头自主研制的难度很大。
3D激光加工头是3D数控机器人的关键部件，包括了实现A/B轴的运动机构和C轴焦点自动跟踪直线运动、气体喷嘴、激光聚焦装置、碰撞保护装置、水气电接口与密封。六轴五联动数控系统。3D机器人的数控系统需要具备五轴联动功能。
由于机器人轨迹为空间曲线，在进行数控编程时一般采用大量的微小线段通过首尾相连接的方式进行拟合，这要求在高速加工的过程中，数控系统具备前瞻功能，通过线段间衔接速度的滑过渡防止切割过程中反复出现升降速而无法达到规定切割速度要求，避免出现过烧现象。