Tak.
Ale najpierw sprawdź czy to nie ta pierwsza opcja. Czyli jakie jest napięcie bez obciążenia, i z obciążeniem np. LEDem z rezystorem 220R. Oczywiście na PWM = 100%.

Te płytki nie są aż tak złe. Arduino powinno wypuszczać 5V, a cnc shield nie ma w sobie żadnych elementów (ma tylko ścieżki od złącz do złącz).
Więc opcje są tylko dwie:
1. Arduino się uszkodziło.
2. Laser za mocno obciąża pin PWM.

Ten laser akceptuje PWMa o napięciu 3...12V. Więc poziom napięcia nie powinien mieć znaczenia.
Inna sprawa że z płytki Arduino Uno powinno wychodzić 5V. Ile tam jest? Bo jak 4.8V to to jeszcze jest ok.

A ten laser w ogóle ma sterowany focusing?
Druga sprawa, sprawdź czy z pinu sterującego w ogóle wychodzi PWM którym da się sterować. Możesz nawet LEDem z rezystorem.

Przy tej długości osi o paskach 2GT2 jest to oczywiste że muszą się tam mocno rozciągać.
Zrób 2 testy.
1. Na nieruchomej maszynie spróbuj ręką poruszyć wrzecionem. Najlepiej z dociśniętym czujnikiem zegarowym.
2. Wyfrezuj jakieś kółko (nieważne czy zewnętrzne czy wewnętrzne). Będzie na tym widać luzy na nawrotach.

Coś mi się zdaje że mylisz skalę osi (stosunek przebytej drogi do ilości obrotów silnika) z dokładnością.
Skalę ustala się (kalibruje się) dla dużego dystansu, i nie patrzy się wtedy na miejscową dokładność.
Przykładowo, na dystansie 960 mm masz 20 obrotów silnika (koło pasowe 24 zębów, pasek 2GT2). Jak na wskutek jakichś błędów (głównie niedokładnie wykonany pasek) wyjdzie Ci 961 mm na te 50 obrotów, to masz błąd 0.1%.
Natomiast miejscowa dokładność to co innego. Ten 1 mm błędu skali miałeś na dystansie 960 mm. Na krótszym dystansie będzie on mniejszy.
Jeżeli więc masz błąd 0.5mm na krótkim dystansie (np. 20 mm), to siłą rzeczy jest co coś innego niż błąd skali. Gdyby to był błąd skali, to tym bardziej byś go zauważył na dystansie 960 mm. A skoro nie zauważyłeś, to znaczy że to musi być coś innego.
Jest kilka rzeczy które mogą powodować miejscową niedokładność. Zjawisko slip-stick (albo jego odpowiednik w postaci klinowania się łożysk liniowych), elastyczność i/lub drganie paska pod obciążeniem, luzy na sprzęgłach napędzających koła zębate (o ile masz sprzęgła), przekaszanie bramy/stołu jeżeli są szerokie a napędzane są tylko jednym paskiem.

PS. Gdybyś kiedyś chciał modernizować maszynę to polecam listwy zębate a nie śruby kulowe.