O problema é que você está inserindo uma referência a $tempArray em $arr. Então você muda a referência. No terceiro loop você tem 3 referências ao mesmo array. É por isso que os valores estão aparecendo assim... você pode resolver isso de uma maneira não intuitiva.
tentar:
$stmt->bind_result($tempArray["val1"], $tempArray["val2"],$tempArray["val3"]);
while ( $stmt->fetch () ) {
$x = $tempArray; //This copies the values of $tempArray to $x and each loop will create a new x.
array_push($arr, $x);
}
