Odpowiem, krótko, bo to co bym chciał napisać zajęłoby mi z 20 minut.
Nie będzie tak dobrze jak ci się wydaje.
Jak chcesz coś zbudować aby się obronić to będziesz miał poważny problem, żeby to co będziesz robić w ogóle choć w części działało, nie wspominając o poważnym i poprawnym działaniu.
Po pierwsze na śrubach nie będzie drukować. Nie pogonisz tak śrub. To co pisze na silniku i prędkość jaką wyciąga on na pusto to jedno, a życie cie sprowadzi na ziemię.
Tylko paski. Jak dasz w miarę konkretne i dobrze policzone paski i silniki to drukować będzie, a frezować może mdf i styropian też, bo konstrukcja ma znikomą sztywność jak do frezowania.
Zrób typowej konstrukcji frezarkę z ruchomym stołem z jak najlżejszych i sztywnych materiałów.
Kolejna sprawa to jedna atmega z tyloma rzeczami na raz nie ma nawet najmniejszej szansy się wyrobić w czasie rzeczywistym.
Zmień całą konstrukcję, zaprojektuj od nowa przemyślaną bazę, korzystaj z możliwie najlżejszych elementów o odpowiedniej sztywności (jak nie znasz mesa to musisz poznać) a w między czasie jak będziesz czekał na części pisz program. Pracę rozdziel przynajmniej na kilka procków. Uart, adc i obliczanie kilkaset razy na sekundę trajektorii jest nie wykonalne na jednym procku